CN100522838C - 控制废水处理工艺 - Google Patents

Abstract

用于废水处理的装置，包括一个具有两个分离区(其中，气体流量可独立地进行控制)的罐(91)，气体供应装置(92)、气体源(93)、气体流量调节装置(90)、气体收集盖罩(100)、和气体取样管线(122)，和用于使用这种装置的方法。

Description

控制废水处理工艺

相关申请的参照

按照可适用的国际条约和国内法律，在世界范围内，要求美国临时专利申请序号60/412817和60/479150(分别于2002年9月24日和2003年6月18日以David T.Redmon，Thomas E.Jenkins，Ian TrilloFox，Juan De Dios Trillo Monsoriu和Timothy D.Hilgart名义申请，律师记录号3085.004，标题为“控制废水处理方法”)的国际优先权和国内优先权。

技术领域

本发明涉及用于连续自动化控制生物废水处理工艺的方法和装置。在一些优选实施方式中，它涉及在悬浮生长生物处理工艺中充气控制，尤其在活性污泥工艺的充气控制。

背景技术

用于处理废水的许多生物工艺形式，都涉及采用一些形式的消耗能量的装置向废水中引入含氧气体。一般地，电动机是能量消耗装置，它为一些搅动器、压缩机或鼓风机提供动力，它们提供驱动力以分散该含氧气体在一个或多个含废水的罐中。多年来，已经清楚，使这类设置运转的电力成本是废水处理厂最大运转成本之一，经常是最大的成本。

在生物处理技术的早期，工艺控制是“手动的”。不适当地借助于眼睛观察和通常是有限和初步的仪表，工厂操作人员调节气体流量，力图使该流量与生物工艺消耗的氧相匹配。过大流量，过冲，浪费电力；过小，下冲，削弱处理质量。

随着技术发展，已经认识到，节约电力和更加一致的处理质量可通过更好的和更完美的仪表而实现。于是，开始意识到，能量节约和质量方面的主要收益可通过气体流量的自动化控制和该工艺的其它方面而获得。

由于至少早在20世纪60年代，在自动化控制含氧气体流入生物废水处理工艺的努力，已经包括测量处理罐中废水中DO(溶解氧)的含量。如果DO超过预定目标或设定值，则气体流量就会自动地降低，如果DO降到低于该目标，就会自动地提高。这种操作方式能够减轻但不能消除生物工艺实际氧和能量需要的过冲和下冲问题。

由于至少早在20世纪70年代，对于工厂流出物质量的保存能量和收紧规章的需求，已经提供了丰富和持续的动机以开发更好形式的自动化控制。但是，尽管对于附加和/或其它自动化控制有许多建议，但是，在实际的实践中，主要基于DO含量的控制(它带来能量损耗和质量问题)仍是非常通用的。

主要基于DO测量的控制的现代继续普及(伴随着浪费和质量问题)表明，对于废水治理生物工艺控制的改进，存在着非常迫切、未令人满意的需求。本发明将设法满足这种需求。

发明内容

我们的发明将会以多种方式满足这种需求。它包括方法和装置两个方面。其中包括控制生物废水处理工艺的方法和用于控制生物废水处理工艺的控制系统装置。这些包括大量的装置、步骤和条件的不同组合，每种组合表示我们已发明技术的一个特定方面。

第一方法方面包括，在至少一个含废水处理罐中，实施一种生物工艺，它至少部分地通过引入含氧气体到该废水中由气体供应系统以气泡形式供入到该废水中、并使所述气泡中的氧至少一部分溶解在该废水中而得以维持。该溶解氧的至少一部分，将被该生物工艺消耗。这样被溶解的氧，相对于被该生物工艺消耗的氧来说，可以是过量或者是不足。至少一种气体收集元件设置在该处理罐中以接受废气，该废气是所述气泡中没有被溶解到该废水中的气体。该生物工艺操作是采用这样一种控制系统进行控制的，当该工艺运转时，至少部分地响应于测量(它们是该控制系统对收集在该气体收集元件中的废气进行的，并且，它们与该废气中一种或多种气体的数量相关)，对该工艺进行连续控制。本发明利用由所述测量获得的数据，在该控制系统中为发生在该生物工艺中的氧消耗变动数量提供控制数值、或控制数值分量，它们响应于(同时保持相关于)这些氧消耗的变动数量而变化，并产生基于该变化控制数值或分量的控制信号。

第二方法方面包括，在至少一个含废水处理罐中，实施一种包括悬浮生长充气的生物工艺。在这种工艺中，存在于该废水中的悬浮和/或溶解的废弃物质的生物分解，至少部分地通过由气体供应系统以气泡形式引入含氧气体到该废水中而得以维持。这些气泡向上经过在其上表面的废水深度的至少一部分，并使所述气泡中的氧至少一部分溶解在该废水中，并且，该溶解氧的至少一部分，将被该生物工艺所消耗。这样被溶解的氧，相对于被该生物工艺消耗的氧来说，可以是过量或者是不足。至少一种气体收集元件设置用来接受废气(它是所述气泡中没有被溶解到该废水中的气体)。该方法是采用这样一种控制系统控制该工艺运转的，即当该工艺运转时，至少部分地响应于该废气测量(它们是由该控制系统进行的，它们与该废气中一种或多种气体的数量相关)，通过所述气体供应系统，对引入到该工艺中的废水和/或对排放到该罐中的气体数量进行连续控制。利用由所述测量获得的数据，在该控制系统中提供控制数值，这些数值至少部分地相关于由至少部分地基于这类数据的该控制系统所确定的对供应到该废水中的溶解氧的变化需要。

第三方面，它是控制系统装置，包括至少一个设置在至少一个废水处理罐中的气体收集元件，该生物工艺在该处理罐中进行，该收集元件用来收集来自该处理罐中废水的废气，该废气是已经被引入但没有溶解于该废水的含氧气体的至少一部分。存在至少一个测量装置，它包括至少一个气体检测器，它与该气体收集装置相连接，并且它能够进行测量，并从而提供表示由该气体收集元件收集的废气中至少一种气体数量的数据。还存在着至少一个与该测量装置相连接的控制器，该控制器为发生在该生物工艺中氧消耗的变动数量，限定控制数值、或控制数值的分量，它们响应于(同时保持相关于)这些氧消耗的变动数量而变化，该控制器能产生基于该控制数值或分量的控制信号。

第四方面，涉及这样一类装置，它包括至少一个罐，用来进行一种包括在废水上悬浮生长充气的生物工艺，和一个气体供应系统，用来以气泡形式引入含氧气体到该废水中，并使所述气泡中的氧至少一部分溶解在该废水中，并且，该溶解氧的至少一部分，将被该生物工艺所消耗。这样被溶解的氧，相对于被该生物工艺消耗的氧来说，可以是过量或者是不足。至少一种气体收集元件设置用来接受废气(它是所述气泡中没有被溶解到该废水中的气体)。这种装置具有一个包括多个部件的控制系统。存在着至少一个气体检测器，它能对被该气体收集元件收集的至少一种气体数量进行测量。还存在着至少一个DO(溶解氧)检测器，它具有一个探针，当与该罐中的废水进行接触时，它能对该废水中的DO含量进行测量。还包括至少一种包括或可利用的编码的控制器，该控制器能利用所述测量，在该生物工艺中提供控制数值，这些数值至少部分地相关于对供应到该废水中的溶解氧的变化需要。

前述的一般方法和装置任选地可以任意一种或多种下述具体方式实施，它们可包括该一般方法和装置的具体化和/或附加步骤或其它特征。下述任选方式，无论是单独采用还是以任意组合采用，不仅表示实施该一般方法和装置的优选方式，而且，当与任意的该一般方法和/或装置组合时，它们也被认为是本发明。

大量这些具体方式适用于该一般方法和/或装置的每个方面，它们可与任意的或所有其余具体方式进行组合。其中，这些具体方式如下所述：

…其中，该生物工艺包含悬浮生长充气，它包括存在于该废水中的悬浮的和/或溶解的废弃物质的生物新陈代谢化，是至少部分地通过引入该含氧气体到该废水中而被维持；

…其中，该生物工艺是一种连续流工艺；

…其中，该生物工艺是一种活性污泥工艺；

…其中，该控制系统被程序化以在该罐至少一部分中维持正DO含量；

…其中，所述气体收集元件设置在该废水表面处；

…包含一个具有废水入口和出口的罐，且该控制系统在该罐的第一和第二位置具有DO测量装置，该第一位置较之第二位置更接近于该入口，或者，该第二位置较该第一位置更接近于该出口；

…其中，该第一位置较该第二位置更接近于该气体收集元件，或者该第一位置邻近于该入口，而该第二位置邻近于该出口；或者，该气体收集元件和该第一位置每个较该第二位置都更接近于该入口，或者该气体收集元件和该第二位置每个较该第一位置都更接近于该出口，或者该气体收集元件设置在该第一和第二位置之间；

…包含一个具有上游半部和下半部分的细长罐；

…包含一个被挡板和/或其它形式长度隔板分成至少两个区域的细长罐，且所述区域的至少一个具有上游半部和下半部分；

…其中，一个气体收集元件设置在一个罐或罐区域的上游半部，以接受表示气泡中没有被溶解在该废水中气体的废气；

…其中，该控制系统包括至少两个DO探针，它们分别设置在一个罐或罐区域的上游半部和下半部分，用来采集有关DO含量的数据；

…包含一个具有上游端的罐或罐区域，且设置在该罐的上游半部的该气体收集元件和一个DO探针的至少部分，分别约为该罐长度的大约10％或15％或20％(自该上游端测得)；

…其中，由该控制系统进行的该废气测量，与表示至少一部分该废气组成的至少一种气体的数量相关；

…其中，该含氧气体是或包含空气，且由该控制系统进行的该废气测量，与该废气中氧的数量或二氧化碳数量或氧和二氧化碳数量相关；

…一种控制器包括或可以利用的编码，和任选的数据表，借助于数据表它能限定所述控制数值；

…其中，该系统作为前馈控制器进行运转，在该处，产生控制输出，至少部分地基于要求控制数值(requirements control value)和性能控制数值(performance control value)；

…其中，所述控制数值是要求控制数值；

…其中，所述控制数值包含要求控制数值；

…其中，该控制数值包含与被该生物工艺消耗的氧相关的要求控制数值，它是由该控制系统确定的；

…其中，所述控制数值包含与含氧气体的变化数量相关的DO控制数值，以使该废水DO含量，或者朝向一目标值移动，或者恢复到一目标值移动，或者维持在一目标值；

…其中，所述控制数值包含与该气体供应系统传送氧到该废水的能力变化相关的性能控制数值；

…其中，所述控制数值包含与DO控制数值组合的要求控制数值；

…其中，所述控制数值包含与DO变化速率数值和DO控制数值组合的要求控制数值；

…其中，所述控制数值包含与性能控制数值组合的要求控制数值；

…其中，该控制系统包含至少一个气体数量调节装置，它响应于来自该控制系统的控制输入，改变或维持被引入到该废水中气体的数量；

…其中，该控制系统包含至少一个液体流量调节装置，它响应于来自该控制系统的控制输入，改变或维持被引入到该罐中废水数量；和

…包含至少第一和第二罐，该第二罐与该第一罐同时被控制，或者，它独立于该第一罐被控制。

大量这些具体方式适用于该一般方法的每个方面，它们可与任意的或所有的其余具体方式进行组合。其中，这些具体方式如下所述：

…其中，所述过量或不足自身表明该废水中该DO(溶解的氧)含量的提高或下降；

…包含在该控制系统中提供OP(运转性能)数据；

…包含在该控制系统中提供PS(性能标准)数据；

…包含在该控制系统中提供RSP(相关系统性能)数据，它至少部分地是由PS数据导出得到的；

…包含：(A)使该控制系统在该废水的一个或多个位置进行连续测量，它们与该废水中的正和/或负不同于目标DO数值的DO含量相关；(B)在该控制系统中产生DO控制数值幅度，当与要求控制数值一起应用时，足以至少部分地补偿该废水DO含量远离该目标DO数值的偏差；

…其中，该控制系统产生与使该废水中DO数值向该目标DO数值移动所需要的氧数量相关的DO控制数值；

…其中：(A)在至少一个罐中，该废水沿着一个具有上游和下游部分的流动通道进行流动，(B)一个气体收集元件设置在该上游部分，以接受表示气泡中没有被完全溶解在该废水中气体的废气，(C)从分别设置在该流动通道的上游和下游部分的至少两个DO探针收集有关DO含量的数据，(D)基于连续方式，该控制系统对整个罐确定控制数值，它们至少部分地与(1)该生物工艺的变化的氧消耗(它借助于所述气体收集元件测得)和(2)自设置在该流动通道的上游和下游部分的该DO探针收集到的所述DO含量数值的组合相关；

…其中，(A)基于连续方式，该控制系统确定控制数值，它们至少部分地与(1)该生物工艺的变化的氧消耗(它借助于所述气体收集元件测得)和(2)由设置在该废水流动通道上游的一个DO探针测得的远离第一目标数值的该DO含量的偏差的组合相关，和(B)基于连续方式，借助于与由设置在该流动通道下游部分的一个DO探针测得的该DO含量远离第二目标数值的偏差相关的数据，该控制系统调节所述第一目标数值；

…其中，该废水以活塞流进行流动；

…其中，该废水沿着一个流动通道流动，它在废水流动方向上具有的尺寸大于垂直于该方向上其平均尺寸；

…其中，(A)自设置在该罐中至少一个DO探针收集有关DO含量变化速率的数据，和(B)基于连续方式，该控制系统确定控制数值，它们应用于作为一个整体的罐，所述控制数值至少部分地与(1)该生物工艺的变化的氧消耗(它借助于在经过该罐的废水流动通道上游部分的该气体收集元件测得)、(2)自分别设置在该流动通道上游和下游部分的至少两个DO探针收集的DO含量和(3)DO变化速率数据的组合相关；

…包含：(A)使该控制系统在该废水的一个或多个位置进行连续测量，它们与该废水中的正和/或负不同于一个或多个目标DO数值的DO含量相关；(B)使该控制系统在该废水的一个或多个位置进行连续测量，它们与该废水中DO含量变化速率相关；和(C)基于连续方式，在该控制系统中产生控制数值，它们至少部分地与该生物工艺中氧的消耗、所述DO含量和所述变化速率的组合相关；

…包含：(A)基于连续方式，使该控制系统确定性能数值，它们与该气体供应系统在该废水中溶解所述含氧气体的能力相关，和(B)基于连续方式，使该控制系统组合所述性能数值与要求控制数值，该要求控制数值至少部分地与该生物工艺中变化的氧消耗相关；

…包含：基于连续方式，在该控制系统中产生RSP控制数值，它与(A)OP数据和(B)PS数据间的关系相关，OP数据由该控制系统产生，与在波动工艺条件下(包括一个或多个气体供应系统条件、废水条件、工艺条件、和大气条件)该气体供应系统传送氧到该废水中的变动能力相关，PS数据提供在该控制系统中，它与对于所述条件在预定标准下该气体供应系统传送氧到水和/或废水中的能力相关；

…其中，该控制数值至少部分地由OP数据确定，OP数据提供在该控制系统中，它是基于一个或多个下述条件：气体供应系统条件、废水条件、工艺条件、和大气条件，且在其中，所述包括任意前述特征的条件，是由该控制系统确定的；

…其中，该控制数值至少部分地由PS数据确定，PS数据包括OTR：Q(氧传送速率：流量)数据，它们与该气体供应系统在清洁水中通过该气体供应系统以变动的气体流动速率能够获得的氧传送速率相关；

…其中，该控制数值至少部分地由表观α数值确定，它们与(a)由该系统测定的该气体供应系统能传送氧到该废水中的速率和(b)该气体供应系统能传送氧到清洁水的速率间比率相关；

…包含：(A)在该控制系统中提供OTR:Q(氧传送速率:流量)控制数值，它们与该气体供应系统在清洁水中通过该气体供应系统以变动的气体流动速率能够获得的氧传送速率相关；(B)在该控制系统中提供表观α数值确定，它们与(a)由该系统测定的该气体供应系统能传送氧到该废水中的速率和(b)该气体供应系统能传送氧到清洁水的速率间比率相关；和(C)通过组合OTR:Q和表观α数值得到RSP数值；

…其中，表观α数值至少部分地由该控制系统测定并反映出在该气体供应系统和该废水条件下的变化，它们能影响该气体供应系统能传送到该废水中的氧数量；

…其中，控制数值是由该系统至少部分地基于工艺控制要求(包括至少一种形式的工艺控制要求，选自工艺氧控制要求、DO含量控制要求、和性能控制要求)所施加，并且，在其中，该施加控制数值，基于在施加该施加的控制数值时该系统中可利用的参照控制数值(reference control value)的数据，是在±20％之内，更优选为10％，更加优选为5％，最优选为3％，它们能产生进入该生物工艺的气体和/或废水的流动速率，这些流动速率能精确地满足具体的要求；

…其中，控制数值是由至少部分地基于工艺控制要求(包括至少一种形式的工艺控制要求，选自工艺氧控制要求、DO含量控制要求、和性能控制要求)所施加，并且，在其中，该控制数值是直接或间接地施加到至少一个流量调节装置上，以连续方式，为所述装置提供控制输入，使所述装置改变或维持被引入到废水中气体的数量和/或改变或维持被引入到该罐中的废水数量；

…其中，控制是至少部分地通过使用关于一个或多个预定时间间隔内该罐中的DO含量变化速率的数据实现的；

…其中，该控制系统得到控制输入，它们至少部分地是基于(1)(a)该实际废水温度与(b)选用基准温度间的差值，和/或基于(2)(a)作用于该废水表面上的实际气压与(b)选用基准气压间的差值；

…其中，该控制系统至少部分地响应于与OUR(氧吸收速率)、或OTR(氧传送速率)或OTE(氧传送效率)、或其任意组合相关的测量而实施控制；和

…其中，该控制系统通过调节至少部分地响应于流量调节装置控制响应特性的该控制数值而得到控制输入；

大量这些具体方式适用于该一般装置的每个方面，它们可与任意的或所有其余具体方式进行组合。其中，这些具体方式如下所述：

…其中，该控制系统包含至少一个下述装置：一个用于测量废水温度的装置；一个用于测量来自该气体收集元件的气体流量的装置；一个用于测量该废水的溶解氧含量的装置；和一个用于测量该废气中氧含量的装置；

…其中，该控制系统包含一个用于测量废水温度的装置、一个用于测量来自该气体收集元件的气体流量的装置、一个用于测量该废水的溶解氧含量的装置、和一个用于测量该废气中氧含量的装置；

…包含编码，基于连续方式，它能限定RSP(相关系统性能)控制值，它们与(A)OP(运转性能)数据和(B)PS(性能标准)数据间的关系相关，OP数据与在波动工艺条件下(包括一个或多个气体供应系统条件、废水条件、工艺条件、和大气条件)该气体供应系统传送氧到该废水中的变动能力相关，PS数据它与该气体供应系统传送氧到水和/或废水中的能力相关；

…包含能限定OP数据的编码；

…它包括或可以利用的PS数据；

…包含能限定RSP数据的编码，具有至少部分PS数据贮存在该控制系统中；

…其中，PS数据贮存在该系统中，并含有OTR:Q(氧传送速率:流量)数据，它们与该气体供应系统在清洁水中通过该气体供应系统以变动的气体流动速率能够获得的氧传送速率相关；

…其中，至少一个控制元件与该控制器相连接，并响应于在该控制器中产生的控制信号，从而通过调节该工艺的至少一个参数对该生物工艺的至少一部分实施控制；

…它还包括一个或多个液体流量控制部件，它们能控制进入到该罐中废水的引入；

…它还包括一个或多个气体流量控制单元，它们能控制通过所述气体供应系统被排放到该罐中气体的引入；

…还包含至少一个气体数量调节装置，它们能响应于该控制系统的控制输入(包括至少部分地基于要求控制数值和DO控制数值的输入)，改变或维持被引入到该废水中的气体数量，其中，该要求控制数值和该DO控制数值至少部分地是基于与RSP数值的关系。

优点

本发明的一些实施方式测量氧消耗和该充气系统的性能参数。这为“预测的”(或前馈)控制(其中，所需要的控制变量(例如空气流动速率)可基于氧消耗和设备性能进行预测)提供了机会。据信，实践中，先有技术控制系统几乎全部都是“反应的”(反馈)。这些先有技术系统对工艺运行中的误差作出反应，因此，误差是某些先有技术控制系统运行的固有结果。由于反馈系统中通常固有的误差，在这种控制方式下运转的工艺中微生物的生物活性，会被溶解氧含量的波动危害。对于我们发明的优选实施方式来说，对于生物活性起关键性作用的变量，能变得更为稳定，从而导致降低的流出物偏差。

为了使先有技术系统的误差的有害影响最小化，操作者倾向于设定该目标溶解氧含量在高于在良好控制运转中可接受最小值的数值。这提供了一个“缓冲器”，以防止加载偏移引起溶解氧含量的过度降低。由于我们系统的某些优选实施方式的运转是更稳定的，且误差能被最小化或消除，所以，溶解氧的目标含量，可以设定得更低。这能产生更高的效率，并导致显著的能量和其它相关成本的节约。

泵吸和对在抽取液体样品的系统中发生反应所需要的时间，如许多透气性测定技术，导致在测量步骤开始与获得结果间存在着时间延迟。由于我们发明优选实施方式的构造，可以利用能导致接近或真正“实时”测定该工艺的氧要求和运转的快速测量装置速度。

我们发明的一些优选实施方式，实时地监测氧消耗变化的影响。这些实施方式使得有机会检测来自工业贡献者或其它来源的废料负荷或抑制的污染物。这些实施方式的快速反应，将使这些变化对于流出物质量的影响最小化，并将警告操作者，这样，就能执行合适正确的测量。

一些现有系统能测量该废水的氧需求量。与先有实践中常用的情形相反，本发明的某些实施方式能基于连续方式甚至实时地测量该充气设备(即扩散器)的充气性能。例如，这些测量参数可包括氧传送效率和α(实际工艺与清洁水性能的比率)。本发明控制系统能施加表观α数值(它们由该控制系统确定)，它们反映出该气体供应系统和废水条件的变化，这些变化能影响该气体供应系统传送到该废水中氧的数量。这种信息提供对实际充气系统性能的了解，并使得有机会能监测由于结垢该系统随着时间变化的退化和/或其它形式的充气性能退化。扩散器的清洁或替换，可基于实际性能进行优化，使过早的或不正常延迟的清洁或替换的成本最小化，从而能够允许在性能和能量效率明显退化之前进行清洁。

在一些先有技术系统的调谐中，对响应于误差和加载变化的系统进行监测，影响响应的参数由实验结果(从观察和实验得到)进行改进，这对于一些“PID”(比例-积分-微分)控制算法来说是正确的，但它对于反馈控制算法来说一般也是正确的。充气系统条件、输入的废水和环境条件的变化，需要该调整参数的改进。由于在一些其优选实施方式中，我们系统的响应是基于该工艺设备的物理配置和已知的和测量的充气系统效率的组合，所以，该调整对于充气系统条件、输入废水和气压条件是不敏感的。

一旦有关该物理配置和充气系统性能的数据被贮存，则这些实施方式就能通过基于已知性能参数的数学计算预测出对上述提及变化的响应。

某些先有技术控制系统已经使用“集总参数”调整，其中，工艺加载、生物性能和充气系统性能的影响，在测定该系统对扰动(perturbation)的响应，是不加区分的。一个工艺参数的变化，需要一个该控制系统调整变化。对于我们控制系统的某些实施方式来说，与工艺加载、生物参数和充气系统性能相关的工艺参数，是单独地监测，从而使得这类系统更加敏感且更加稳定。

大量用来测量处理系统的氧需求量的现有方法，如许多透气性测定技术(也称作呼吸测量法)，都涉及充气罐内容物样品向一个反应元件的移动。在许多系统中，附加化学品必须用来测定该废水中氧需求量。泵吸和液体运输系统易于阻塞，并需要有效的维护。如果需要的话，附加化学品是附加的运转成本。由于我们发明的优选实施方式使用离开该表面的气体，而不被抽取的液体样品，所以，它不易于发生这类阻塞，且维护得到最小化。可靠性也得到提高。

本发明所述实施方式，无论在本文中是否具体描述，都不是必须具有所有上述优点，也不是必须具有这些优点的同一组合。而且，本发明使用者、涉及本发明的部件或完整系统的制造者和本领域其它熟练技术人员，借助于本发明说明书和/或通过本发明的实验，都可识别出固有地包括上述没有讨论过的优点的实施方式。

附图说明

图1-4每个是本发明所述生物废水处理工艺和控制系统部件的示意图。

图5是图示说明用于实施本发明软件的数据输入功能和控制逻辑功能的流程图。

具体实施方式

导言

一般地，我们的控制方法和装置能应用于广泛多样的生物废水处理工艺。典型地，它们是在一个或多个罐中这样的工艺，其中，含氧气体的充气维持废物被该废水中细菌的新陈代谢化，例如，活性污泥工艺。其它气体或蒸汽可用于或结合于这些工艺，用于任意合适的目的，例如清洁气体。

我们的控制系统采用任意形式的测量装置，以接受关于一种或多种工艺参数的数据，它们可包括该工艺的或影响该工艺的任意参数。这些参数包括自该罐中废水回收的废气中一种或多种氧化的变动数量，并可包括例如其它气体和液体流量、水温、气压和其它变量。这些参数的测量，可采用任意合适种类的测量装置测得。它们与一个控制器相连，并用来供给需要的关于工艺参数的数据到该控制器。

供给该控制器的该测量装置的数据输出，无论是电子形式或是其它形式，不需要直接对应于以通常单位表示的测量参数，例如，数值上与测量参数成一定比例。但是，对于至少一些重要的测量来说，能够给出直接对应于测量参数的输出的测量装置是可以获得的，并且这些装置是优选的。

该控制器采用该数据输出，以在各种各样可能性之中确定与一个或多个变动工艺对于氧的需要相关的变动数值。这些包括要求控制数值，还可包括DO控制数值和/或性能控制数值。这是如何实现的，一定程度地取决于测量装置输出的性质和/或该控制器的性能。

无论该数据输出是否直接对应于该测量参数，该控制器可含有或可以使用一个表，它含有并匹配数据数值具有合适的预算控制数值，并从该表导出任意的该控制数值。另一方面，该控制器从该中算法能计算出任意的该控制数值，当数据被接受时，其中直接对应于数据输出是可用于它的，因为该参数在该计算中是需要的。如果直接对应输出不可用于该控制器，例如，当它包括或可以利用用来转化这些数据输出为一种在这类计算中有用的形式时，当数据被接受时，控制数值的计算也是可能的。控制数值的计算的详细信息将在下文中给出。

存在于该控制器中的变动控制数值，经过调节或未经调节，是用来在该控制器中提供控制信号。任何合适种类的自动化控制元件，如控制阀、溢流堰、电动机控制和其它装置，与该控制器相连，它把控制信号发送给它们。该信号可为该控制数值自身，或者可不同于它们。例如，该控制数值可在产生控制信号时被调节，例如，以便与该控制元件的信号要求一起，或与如这些元件、该气体供应系统或该工艺的运转特性之类要素一致。

优选地，该控制数值直接数字上对应于该控制数值与其相关的该工艺需要，且该信号具有调节的幅度，它能提供一些选择的该控制数值和该相关需要所需要的控制作用增量。于是，当该系统对受到该增量控制作用的工艺参数进行连续测量时，控制数值可保持相同，或者作为施加的控制作用和/或其它要素的影响的观察结果而被该控制器所改变。如前所述的其它相同或不同幅度的控制信号，就可发送到该控制元件，以继续增量该控制作用，从而满足那时当前控制数值。

分开控制信号可通过一个或多个控制器发送，分别表示不同种类的控制数值。例如，变动的分开信号可被发送到分开的多个气体供应控制元件，这些信号分别是基于变动的要求控制数值和变动的DO控制数值。于是，基于这些分开的控制信号，这些分开的控制元件能够从分开的气体供应管道供应分开调节的气流。这些气流能以分开流、或在该罐上游但在该控制元件下游处相互组合后作为单一流进入到处理罐中。这些分开流的合计数量，无论是以单一流形式还是以多数流形式进入该罐，都应是足以满足新陈代谢化和任选另外处理该废水中的废物并保持基本稳定DO含量对于氧的变动需要的数量。

但是，该控制器优选产生变动的控制数值，其中二个或多个不同种类控制数值是分量部分，如变动要求控制数值和变动DO控制数值的组合。于是，如果需要的话，该控制器可产生与该不同控制数值量的变动组合或全部相关的变动控制信号。如果需要的话，这些信号可传输到一个单一控制元件中。反过来，如果需要的话，这类控制元件可引起一个单一气体管道、或一套组合的气体管道，以所需要的数量提供气体到该废水之中。

优选地，当用来产生控制信号的该变动控制数值，包括作为分量部分的要求控制数值、DO控制数值和性能控制数值时，则气体就可以以满足新陈代谢化或其它处理废物对氧的需要所需要的该变动数量进行供应，合适地被调节以保护稳定的DO含量并解决性能变化。性能变化例如可涉及下述的一种或多种：气体供应系统条件如扩散器结垢、扩散器清洁或气体供应速率变化的结果，和扩散器回流速率的所得到的变化(其中涉及面积释放精细气泡扩散器(area-release finebubble diffuser))；废水条件变化；工艺条件变化，和变化的气压条件。这些条件，包括任意前述特性，是或可能由该控制系统测得。

无论使用的控制数值和控制信号的性质和方式如何，该控制系统都会使得该控制元件响应于这些信号发生作用用于对该生物工艺实现控制。该控制系统可以任意方式对该生物工艺实现控制，这种方式能有效地使含氧气体可用性匹配在该工艺的全部或一部分中氧的变化消耗或对氧的需要，和满足其它需要的可能性。

对该工艺实现控制的方法的实例，包括一种或多种下述方法：上调或下调流向该工艺的气体和/或废水流量，改变被引入到该系统的气体分布，改变该罐中废水的数量或分布例如分段供给，改变机械或电刷充气器的运转强度，开启或关闭至少一部分该机械或电刷充气器和/或扩散器(它们可用于该系统中)，输入0或变动数量的补充氧到该工艺中，和改变该运转的氧传送效率如当气体气泡流过该废水时通过改变气体气泡穿过的距离，例如，通过开启、上调、下调或关闭搅动器和/或改变一个给定罐中废水深度。对控制元件进行选择，使它们适合于选用的对该工艺实现控制的方法。

下述的讨论和图1-5表示多个可用于本发明之中的废水处理装置、控制系统装置和软件的具体图示性实施方式。

附图的详细说明

图1-4示意性图示说明代表性生物工艺设备，它包括罐和用于引入含氧气体到该罐中废水中的元件。这些图还图示说明了控制系统布置，它们与该工艺设备布置图一致，且它们包括用来导出数据的测量装置和用来导出该工艺控制输入的控制器。图5示意性图示说明许多可能功能布置中的一个实例，在该工艺中，特别在软件中，熟练程序员能设计用于实现本发明如图1-4所述实施方式的控制器。

图1

图1的实施方式包括其内含废水的罐2，在其中，正在进行悬浮生长充气工艺。入口17和出口18，分别是提供用于引入该罐中将被充气的废水和排出混合液体到随后工艺。

在该罐中和其周围是气体供应系统的部件。其中，它们是任意适合类型可用于引入含氧气体气泡到该废水中的多个装置3，例如精细气泡扩散器，气体源4(它图示为一个管道但可以是别的装置)和气体流量调节装置1，它图示为一个阀，但可以是别的装置。

在该工艺中，它可连续或间歇地为该废水充气，由该气体供应系统产生的含氧气体气泡，在其上表面方向上升通过该废水深度的至少一部分。该气泡中的氧溶解在该废水中。该溶解氧的至少一部分被该生物工艺所消耗。这样被溶解的氧，相对于被该生物工艺消耗的氧来说，可以是过量或者是不足。这类过量或不足可自身表明该废水的该DO(溶解氧)含量的提高或下降。

本发明的控制系统控制该充气工艺。在这种实施方式中，它包括用于测量废水温度的装置5、用于从该罐中逸出气体的气体收集装置如盖罩10、用于测量来自该盖罩的气体流量的装置11、用于测量该废水中该溶解氧含量的装置12、用于测量废气中氧含量的装置13、用于自动执行控制逻辑的控制器14、用于发送测量数值到该控制器和来自该控制器的控制信号的线路15、和用于排放样品空气到大气之中的出口16。

在图1所示实施方式中，盖罩10表示这样一个位置，从该处获得数据有用于测定被该气体供应系统传送的该估计的氧。探针12表示这样一个位置，从该处获得数据以测定该罐中该估计的DO含量。

根据此数据，控制器14确定对应的要求控制数值，它们与被该气体供应系统传送的氧和提高/下降的DO比率(它们由该控制系统确定)相关。控制器14还确定DO控制数值，它们与恢复DO含量到目标数值所需要的氧调节相关(它由该控制系统确定)。优选地，该要求控制数值的确定，至少部分地是响应于与该废水的OUR(氧吸收速率)、或该气体供应系统的OTR(氧传送速率)或该气体供应系统的OTE(氧传送效率)相关的测量，优选地，响应于这些测量的某些组合。

优选地，与被该生物工艺消耗的氧(它由该控制系统确定)相关的该要求控制数值，与DO控制数值组合。该控制器组合这两种控制数值，无论是加成或是抵消到一定程度，并从此总计确定控制数值和对应的控制信号，它们经过调节或未经调节，例如为解决该阀制动器的响应性能，被控制器14发送到气体流量调节阀1。如果该工艺是连续流工艺，则由该控制系统产生的控制数值的组合，可以与在一个或多个预定时间间隔内该罐中氧消耗速率和DO含量的变化速率的组合相关。典型地，该控制系统被程序化以易于在该罐的至少一部分中维持稳定、正溶解氧含量，同时满足该生物工艺的变动氧需要。

如果该罐内容物是基本完全混合且均匀的，则选择用于该盖罩和探针的位置可以是任意的，或者，如果不是均匀的，则选用的位置可以是特别有利于操作人员的位置。

图2

这里再一次，本发明所述控制系统在多个罐充气操作中的充气工艺。与图1实施方式相同，此实施方式具有其内含废水的第一罐23，在其中，进行悬浮生长充气工艺。入口78和出口79，分别是存在用于引入废水到该罐中和排出混合液体。

在该罐中和其周围是气体供应系统的部件。其中，它们是气体源25(它图示为一个管道但可以是别的装置)，和任意合适类型可用于引入含氧气体气泡到该废水中的多个装置24。

图2实施方式包括第二充气罐45，它含有进行悬浮生长充气的废水。入口78和出口79，分别是提供用于废水和混合液体的引入和排出。

鼓风机或压缩机75供应空气或气体到罐45和任选地供应到一个或多个附加罐。任意合适类型的多个装置24存在于罐45中，并连接到用于引入含氧气体气泡到该废水中的鼓风机上。

存在着三个取样管线41、42和43。它们分别包括一些辅助装置，下面将对它们进行讨论。管线41和42从盖罩32中取出气体，(它们是下面将要进一步讨论的测量装置的一部分)，以测定罐23和45的要求控制数值。罐45的盖罩32具有一个浮选装置46，用来在水水平变化过程中维持该盖罩处于该废水表面上。管线43和其辅助装置通过进风口39从大气中抽取环境空气，用来校准和核实该测量装置的准确性。

存在于所有三个取样管线中的辅助装置包括用于从盖罩32经过该取样管线提供正流动废气到该测量装置进行分析的压缩机49、用于防止该管线内过量压力累积的压力安全阀50、用于在其进入该测量装置之前从该管线的气体中除去携带的水和水蒸气的干燥装置55和阀56，它们可以是另外类型的装置。这些阀以合适顺序控制着从多个不同罐到该测量装置和/或到大气的气体和/或气流的方向。

任选地，可提供有多个附加系统元件。例如，管线42可具有一个用来从罐45的盖罩32释放过量气体到该废水之中或邻近于该废水的排出管47和用于防止水蒸气冷凝的加热系统48。管线57可提供有入口，用于气体从其它盖罩或罐进入到管线42和该测量装置之中。

该控制系统的这种实施方式的测量装置的一些元件，是沿着分析管线44排列的。装置65检测废气或环境气流中的湿气或冷凝物。装置68测量气体温度、装置67测量气体压力。装置66测量该废气中二氧化碳含量。限制装置64节流气体流量以在该测量系统中产生正压力。装置35测量废气中氧含量，出口38排出用过的样品空气到大气中。

该测量装置的其它元件包括用于测量废水温度存在于每个罐中的装置26、上述提及的用于收集自该罐逸出的气体的盖罩32、用于测量来自该盖罩气流存在于罐23中的装置33、用于测量进入罐45气流的装置74和用于测量该废水的溶解氧含量存在于每个罐中的装置34。

在图2所示实施方式中，在用于测量进入各个罐的气流所采用的技术方面，罐23中的布置不同于罐45中的布置。在罐23中，是使用装置33用来测量自该盖罩逸出的气流，通过该盖罩表面面积与整个罐面积的比值，此气流速率被外推以包括进入该罐的整个气流。在罐45中，是使用装置74用来直接测量进入整个罐中的气流。涉及决定在一个给定罐中使用何种布置的因素，包括在该罐中不同位置在该工艺中任意变化的程度，和与该罐转为使用本发明相联的现有仪表的性质。如该图所示，这两种布置可用于同一工厂的不同罐之中，或者，它们可在同一罐中相互组合一起使用。

借助于该测量装置的数据，控制器36自动地对每个罐执行控制逻辑。界面装置76提供用来显示测量的和计算的数据，并有助于输入用于操作该系统的常数和控制参数。线路37发送测量数值到该控制器，并从该控制器为罐23和45发送控制信号。通过经由这些线路发送的信号，该控制器采用气体流量调节装置22(它图示为一个阀，但可为别的装置)调节进入罐23的气流，并通过改变鼓风机75的速度调节进入罐45的气流。线路58从其它测量装置发送测量数值到该控制器，并从该控制器为其它盖罩或罐发送控制信号，如果这些也配置的话。

由图2和上述讨论所示，罐23和45每个具有一个气流进入和控制的位点。如图1所示，每个盖罩32表示这样一个位置，从该处获得数据可用于为每个罐测定由该气体供应系统传送的氧变化数量。

第一罐23具有DO传感器，装置34，它设置在该罐上游端。第二罐45，具有第一和第二传感器，装置34和77，分别设置在该罐的上游端和下游端。该DO传感器，无论在该第二罐中是使用单传感器还是双传感器，它们以连续方式提供有关在它们各自罐中变化DO含量的数据。这些数据可用于提供提高/下降数据的DO速率，并可用于测定与恢复DO含量到目标数值所需要的变化氧调节量(它由该控制系统确定)相关的DO控制数值。

从这些数据，控制器36单独地为每个罐确定要求控制数值，它们是基于各自罐中被该气体供应系统传送的氧和DO提高/下降速率(由该控制系统测得)。从每个罐的该要求控制数值和该DO控制数值的组合，控制器36确定分开的变动气体速率和对应控制信号，它们将满足各自罐中变动和不同的对氧需要。这些分开的信号，根据需要，被传送到气体流量调节装置22和鼓风机75，以满足这些需要。对于每个罐的计算可顺序地或同时地在一个单一控制器中执行，或者，可对每个罐在分开的控制器中执行。

图3

与图1相同，图3的实施方式具有其内含废水的罐91，在其中，正在进行悬浮生长充气工艺。入口156和出口157，分别是提供用于引入在该罐中被处理的废水和排出混合液体。该罐具有至少两个不同区域，在其中，气流可以独立地被控制。这里再一次地，本发明所述控制系统控制着该充气工艺。

在该罐91的第一控制区之中和其周围，是气体供应系统的部件。其中，它们是任意合适类型可用于引入含氧气体气泡到该废水中的多个装置92、气体源93(它图示为一个管道但可以是别的装置)，和气体流量调节装置90(它图示为一个阀，但可为以是别的装置)。该罐的第二控制区的气体供应系统，也由该气体源93服务，并配置有气体流量调节装置95和多个装置96，用于引入含氧气体气泡到该废水之中。

与图1相同，该罐第一控制区包括4用于测量废水温度的装置94、用于收集自该罐逸出气体的气体收集元件如盖罩110、和取样管线122。沿着取样管线122设置的是测量装置和多个辅助零件(下面将对它们进行讨论)、和用于测量来自该盖罩的气流的装置111。

与该第二控制区相连的是用于测量废水温度的装置97、用于收集自该罐逸出气体的盖罩118、和取样管线123。沿着管线123是用于测量来自该盖罩气流的装置119、和各种辅助装置。

还安装有第三取样管线124(它也包括辅助装置)。它接受来自进风口117的环境空气，用来校准和核实该系统的准确性。

在管线122、123和124中的辅助装置，包括一个或者多个压缩机127，通过这些管线提供来自盖罩110、盖罩118和进风口117的废气的正流动。压力安全阀128防止该管线内过量压力累积。干燥系统133从废气中除去携带的水和水蒸气。阀134或其它装置控制空气或和/或其它气体从该盖罩或进风口到包括有样品分析管线125的测量系统的流动。

在管线125上有一个能节流气体流量以在该测量系统中产生正压力的限制装置142，和一个能检测废气或环境气流中湿水或冷凝物的装置143。装置144测量废气中的二氧化碳含量。装置145测量气体压力，装置146测量气体温度。装置113测量该废气中氧含量，出口116排出样品空气到大气中。

该测量装置的其它元件包括测量流向该罐第一和第二区的气体流量的装置152和153、以及用于测量该第一和第二区中废水的溶解氧含量的装置112和120。

该控制系统包括控制器114用于进行测量和工艺控制。它自动地对该罐的两个区执行控制逻辑。线路115发送来自该测量系统的测量数值到该控制器，并从该控制器发送控制信号到阀90和95。界面装置154有助于常数和控制参数输入该系统，并显示测量的和计算的数据。

在图3图示说明的实施方式中，该罐的每个部分构成一个分开的操作区，它具有独立于其它区测量和控制每个区中气体流量的能力。通常但非强制性地，该罐可构造为这样的活塞流罐，使得处于处理之中的废水流动能从该第一区流入该第二区，无论是否具有其它中间区域。在此实施方式中，每个区的要求控制数值不用考虑所有之前或之后区域独立进行计算。相似地，每个区的DO控制数值，也不考虑所有之前或之后区域独立进行计算。无论每个区的计算是否顺序地或同时地在一个单一控制器执行，还是该计算是在每个区的一个分开控制器中执行，这都是适用的。

从每个区的该要求控制数值和DO控制数值的组合，控制器114确定分开和变动的气体速率和对应的控制信号，它们将满足各自区域中对氧的变动需要。根据需要，这些信号被发送到气流调节装置90和95，以满足这些需要。

包含在图3所示布置之中并采用其中所述原理的其它实施方式，可包括在一个单一活塞流罐的多于两个分开控制区，或者在平行活塞流罐中两个或多个分开的控制区。由图3所述原理还独立于挡板或罐壁是否隔离控制区。

图4

图4所示实施方式对于许多废水处理工厂都是优选的，在这些工厂中，经济考虑、现有罐构造、和/或工艺考虑要求一种简单于图3所示系统但复杂于图1所示系统的系统。与图1相同，图4的实施方式一个用于实施悬浮生长充气工艺的单一罐、入口228和出口229(它们分别用于废水引入和混合液体排出)、和一个用于取样该罐逸出气体的位置但两个用于测定DO含量的位置。

在罐170之中和其周围，是气体供应系统的部件。其中，它们是任意合适类型可用于引入含氧气体气泡到该废水中的多个装置174、气体源175(它图示为一个管道但可以是别的装置)，和气体流量调节装置180。

与图1相同，这种控制系统包括取样管线177和178和分析管线179。这些管线包括或连接有多个辅助装置零件或测量装置(下面将对它们进行讨论)。

管线177和178包括下述这些辅助装置，如用于提供气体正流动的压缩机199、用于防止过度压力累积的压力安全阀200、用于除去携带的水和水蒸气的干燥系统205、和控制气体和/或空气以合适顺序从不同位置到大气和/或该测量装置的方向的阀206或一些其它装置。

其中，在该罐之中和其周围的测量装置元件，是用于测量废水温度的装置176、和用于收集该罐逸出气体的气体收集元件如盖罩182(它连接到取样管线177上)。而且，管线177包括一个用于测量来自该盖罩的气体流量的装置183。

在分析管线179上布置有检测废气或环境气流中湿水或冷凝物的装置215、测量气体温度的装置218、测量气体压力的装置217、测量废气中二氧化碳含量的装置216、测量废气中氧含量的装置185、节流气体流量以在该测量装置中产生正压力的限制装置214、和排出样品空气到大气中的出口188。

该测量装置的其它元件包括测量自气体源175流向罐170的流量的装置222和两个DO传感器184和192。这两个传感器分别测量该罐上游和下游部分中废水的DO含量。

该控制系统实施方式的其它元件包括用于自动执行控制逻辑的控制器186、和用于发送测量数值到控制器并从该控制器发送控制信号到阀180的线路187。界面装置226提供用来显示测量的和计算的数据，并便于操作该系统的常数和参数的输入。

维持罐中特定部分DO含量在一个固定或基本上均匀水平，以保证废水氧需要量业已被满足，通常是非常重要的。一般地(便不是必需地)，为此目的，DO含量是在废水流入点的下游接近接近废水流出该罐之处进行监测。在该罐之部分的DO含量，对于测量DO控制数值是重要的。所以，图4在位于或接近该罐下游端处给出了下游DO传感器，即装置192。

但是，尤其是在活塞流操作中，这样情形经常是正确的，即该罐下游端不是收集关于该工艺氧需要量的数据以测定要求控制数值的最佳位置。，在此实施方式中，本发明控制系统的其它部件是设置在任意地方，但通常不是必需地，是接近于废水流入该罐的位置。

因此，在本实施方式中，盖罩182和相关控制部件是设置在接近废水入口228处，它位于该罐的上游位置，在该处它希望能维持特别固定或基本均匀的氧水平。用来测量要求控制数值的传感器，例如用于测量该废气中氧含量的装置185，用于测量此位置DO的装置184以这样一种方式进行设置，使得它们能测量在该上游位置的氧需要量。

控制器186使用位于上游位置的装置184和185的数据，计算出变动要求控制数值，它们将会满足维持废物新陈代谢化对变动氧数量的需要。基于来自DO传感器192的数据，该控制器还计算出维持下游位置特定目标DO含量所需要的变动DO控制数值。这些要求控制数值和DO控制数值，在该控制器进行组合，以整体上为该罐确定变动总的气体流动速率，据估算它们能够满足维持新陈代谢和DO控制需要对氧的稳态和动力学需要量的需要。通过该控制器，这类气体流动速率用来确定变动控制信号，当需要时根据需要，它们被发送到控制阀180，以满足这些需要。

图4所示装置的一种替代操作方式，是利用其上游位置，用来为整个罐测定DO控制数值和要求控制数值。在这种构造(称作“级联控制”)中，DO控制数值是从装置184在该上游位置处测得的溶解氧含量计算得到的。用于测定该上游位置DO控制数值的DO目标含量，是从装置192在该下游位置测得的DO含量计算得到的。可使用一种数学函数来确定下游DO含量和上游目标含量之间的关系。例如，可以利用一个含量与其它含量的比值，或者，利用(a)上游目标DO含量和下游测得DO含量间的差值与(b)该上游目标含量的比值。替代地，当该测得的下游DO含量下降低于或高于该下游目标DO含量时，该上游DO目标含量可被提高或降低。根据此函数，控制器可计算出DO控制数值，与要求控制数值进行组合，从而控制进入该罐的气体流量。

其它实施方式，其中，包括若干罐，每个具有一个单一气流控制位置，利用单一控制器和单套装置，用于测量流出该工艺气体的性质。这些罐的每个含有或不含有一套分开的用于测定下游DO控制数值和/或上游要求控制数值的装置。

图5

图5是示意的软件和工艺流程图。在数据输入功能区(位于该流程图的左上角)内，有三个平行四边形，标志在安装该系统时被输入到并贮存在控制器的存储器之中的数据。如果需要，这些数据可以随时更新。在控制逻辑功能区内，有一连串的矩形方框和平行四边形，它们标志由该控制器执行的操作。

位于该控制逻辑功能区左上角的第一平行四边形，标志将来自该控制系统中传感器例如图1实施方式所示废水温度测量装置5、气体流动测量装置11和氧含量测量装置13的数据输入到该控制器。根据由任意传感器进行的连续或定期测量(它们可能包括在该控制系统的该实施方式或其它实施方式中且是有效的)，该控制器基于连续如重复方式，产生变动控制数值，例如要求控制数值、DO控制数值和其它希望得到的控制数值。

在该控制逻辑功能区右下角的另一个平行四边形，表示发送到气体数量调节装置如图1所示的一个或多个阀1的该控制器的重复输出。这些控制器表示从该控制系统发送到该充气工艺的控制输入，从而使阀或其它装置如图1的阀1响应于这些输入而发生作用，并改变或维持被引入到该废水之中的气体数量。

在本发明控制系统实施方式中，该控制器具有固有的或操作人员可选择的等待时间。这是一个时间增量，它可选择在重复控制器输出之间流逝，且是基于例如预期的或观察的系统响应时间、和/或希望得到的控制的精密程度和/或其它考虑因素。参见该控制逻辑功能区中第三和第四栏之上的方框。这些增量可为任意合适的持续时间。

如图5所示之类实施方式包括这样的装置，用于在一个选择响应时间内校正可能存在于该废水DO含量方面的误差，从而易于移动该DO含量回到目标数值。在这类实施方式中，等待时间优选与系统响应时间一致，这样，整个响应时间就基本上与该等待时间相符或发生在该等待时间之内。但是，常用的连续输出控制(如比例-积分-微分)，无论是否具有等待时间，都可以采用，只要不背离本发明的基本原理即可。

本领域熟练技术人员能够理解，在该流程图中的许多功能的顺序可以重新布置，且该控制系统还能成功地进行操作。而且，本领域熟练技术人员将能容易地认识到，在不背离本发明的基本原理条件下，设计出包括改进或消除该流程图中一些步骤的实施方式，是可行的。

在前述优选实施方式中，该变动控制数值、或其分量，仍保持与该生物工艺的变动氧消耗数量相关。也就是说，在该控制系统中，要求控制数值和这类消耗量之间存在着一个确定的定量关系。在由该系统检测的这类消耗的给定上升和/或下降过程中，这种定量关系在测定改变要求控制数值时重复地被该控制系统所应用。这种重复优选是发生在该给定上升和/或下降过程中的大量连续测定要求控制数值的过程之中。更加优选地，重复进行的大量连续测定发生在大量连续上升和下降的过程之中。但是，上述提及的定量关系可以随着时间有意地被改变，如由操作人员和/或由该控制系统自身例如自适控制器改变，以改进该系统形成的要求控制数值与氧消耗量之间的匹配。

其它实施方式

存在着许多其它实施方式，它们可任选地与上述实施方式一起结合使用，或者与本发明的其它实施方式一起结合使用。举例来说但不是限制性地，这些包括：

1)直接测量废气物流中的O₂浓度，以体积％或质量％表示。

2)添加CO₂浓度(以体积％或质量％计)到该样品气体物流中，以提高废气氧浓度的测定准确性。

3)基于下述方程式，确定与计算DO误差所需要的气体流量相关的DO控制数值：

其中：

ΔDO＝DO_目标-DO_实际

V＝控制体积，可表示全罐或其部分

t_c＝确定该计时装置以校正实际DO至目标DO的时间常数

αF＝表观α数值，废水特性(α)和气体供应系统条件(F)对气体供应系统传送氧到废水能力的组合影响

θ’＝表示废水温度对气体供应系统传送氧到废水能力的影响的校正因子，θ’＝θ^(T-20)，其中，T是废水温度

θ＝阿列纽斯系数，表示说明废水温度对氧传送影响的废水温度校正因子

T＝废水温度

C’＝说明DO含量或目标DO含量对气体供应系统传送氧到废水能力的影响的校正因子

4)周期性地抽取环境空气样品，并使用该结果以校正该废气O₂浓度和CO₂浓度测量装置的漂移和校准误差。

5)对该样品气体管线使用正位移压缩机，以维持恒定样品时间等待时间，并保证恒定的样品流动速率。

6)对该样品气体管线或盖罩排气管线使用压力和温度测量，以转化体积流动速率为质量流动速率。

7)使用直接质量流量测量装置以直接测量质量。

8)添加多重将被取样的反应器和盖罩，且其中控制作用是以特定顺序由一个单一控制器测定的。

9)测量气压以提高该计算的准确性。

10)计算显示由测量数据导出的数据，它们用于监测反应器性能，例如包括：

αF、K_La、气流/扩散器、SOTR和OUR。

11)随着时间变化，测绘和归档性能数据。

12)为工艺参数的偏差提供报警，以指示设备故障、工艺问题、和维护要求。

13)采用环境校准系统或多重罐系统，添加电磁阀以排空气体并允许连续的样品压缩机运转。

14)使单一反应器的控制与全部系统的控制和鼓风机控制一体化，以协调所有控制作用并使扰动最小化。

15)每个反应器使用一个单一调制鼓风机替代多重反应器，从常用分布系统中抽取气体。

16)施加实验导出的常数到该含氧气流上，以加速或减速系统响应或偏置位置特定条件；例如，如果工艺考虑需要该响应时间不同于理论数值，或者校正DO数值的短期下降，这类常数可施加到自DO控制数值测定的流量上。

控制系统计算的优选实施方式

下面进行的详细讨论，包括优选的用作计算方式的实施方式，它们是用于产生控制数值，且是用于构造用于该控制器的合适软件或编码。这些讨论描述了如何控制扩散空气充气气体供应系统的优选实施方式，是以这样的方式进行的，使得：

1.为了满足该生物处理工艺的氧要求，要求控制数值是逐步形成的，和

2.为了在该充气池中选定位置维持预先设定的DO浓度，DO控制数值是逐步形成的。

许多工艺变量和条件需要考虑并被控制，以便能识别能实现确定目标的气体供应系统操作设定。

建议的优选控制策略的基本结构包括下述步骤：

1.测定该罐中实际氧消耗(氧吸收速率或OUR)，罐、罐区或废水进行处理的其它容器，也称作反应器；

2.测定氧传送特性，它们将会影响该气体供应系统供应氧到该工艺中的能力；

3.为该工艺确定氧需要量；

4.确定需要的气体供应系统操作条件以满足该确定的需要量；和

5.调节气体供应系统操作条件至确定的条件。

因此，该控制系统包括能够执行这些步骤的元件和装置。这些步骤和用于这些方法根本方式(由其这种实施方式能够执行它们)，将在下面对其作更详细的说明。

测定该反应器内实际氧消耗(OUR)

混合液体的氧吸收速率(OUR)通过废气分析进行测定，典型用于确定该控制系统中的要求控制数值。这种方法允许使用该活性污泥反应器自身的至少一部分作为透气性测定器，通过连续方式穿过一个选定控制容积的氧的气相质量平衡的性能，以测定被该气体供应系统引入的氧数量，并通过连续方式穿过相同控制容积的氧的液相质量平衡的性能，以确定有多少被该供应系统引入的氧正被该废水中的微生物所消耗。

该控制容积可以是该反应器的整个含液体容积，但是便利地，是这样一个选择的该总容积小部分，它是选用来为控制目的提供最有用或最有利的信息。作为例证说明但非限制性地，考虑一个尺寸约20米(宽) x 100米(长) x 5米(水深度)或更大的活塞流罐。在这样的罐中，可选择一个控制容积，根据其在该罐中的位置，它可合理地表示该反应器的工艺性能。例如，可选用位于该罐长度中心线中心的位置，距离该罐上游端约24米，约1.2米(宽) x 2.4米(长)水平方向并垂直延伸穿过该罐废水深度。

液相质量平衡涉及同时进行的多个物理、化学和生物化学工艺。由于水流入和流出这个容积，溶解氧进入并流出该控制容积。由于水可含有氧(以溶解氧形式存在)这类水进入该控制容积将表示氧输入到该控制容积，而水流出该控制容积(无论其中存在的DO浓度如何)将表示氧输出。其它的氧输入可能必须要考虑到，如那些归因于充气装置操作的氧输入，或者，在最简单实例中，由于填充纯氧到该该控制容积中。对废水处理负责的生物质的生物活性，用完该罐中可利用氧的部分或全部。当确定穿过控制容积的氧液相质量平衡时，由该生物质消耗的氧将不再存在于该液体之中，因此，可认为是从该控制容积的氧输出。当配制这种质量平衡时，任意其它氧输出源也要考虑，例如，如那些归因于可能发生反应的氧输出源，如随后的添加氧化剂。但是，在扩散空气充气工厂中，发生在敞开空气充气罐的液体表面-大气界面中归因于传送的氧输入，可以被认为是发生在液体表面之下传送的可忽略因素。

因此，这种实施方式提供了这样的质量平衡配制，其中，氧输入和输出经由水流入和流出该控制容积，归因于气体供应系统操作的氧输入、和从该控制容积中生物质和溶解氧储量(inventory)的氧消耗的氧输出都需要被考虑。

在那些进入该控制容积中的总氧大于总氧输出的情形中，在该控制容积中发生氧的纯增加，并观察到该控制容积中总氧储量增加。相似地，当该总氧输出大于该总氧输入时，将能观察到总氧储量的下降。

当在一段时间期间内对一个控制容积进行这种质量平衡时，如果所有其余项都是已经数值，则在该质量平衡关系中的给定项(例如，无论是流入或流出该控制容积的氧输入或氧输出)都可得到测定。

在这些情形下，没有任何其它氧输入或输出源，如果该气体供应系统的氧输入、归因于存在于流入和流出控制容积水流中的纯氧输入(正值或负值)和溶解氧储量的控制容积中纯变化(正值或负值)是已知的或已测量的，则生物质氧消耗量可得到测定。

无论何时，当这些原理应用于充气罐的全部深度区域或部分时(位于离该罐垂直壁的足够距离)，可以将该控制容积画成一个限制部分的罐容积，它具有想象的垂直边界表面，它们从该罐底部一路到达该液体表面。没有水进入穿过该该控制容积的底部(罐底)或顶部，所有水流通过其侧边界流入或流出该控制容积。假定该控制容积包括该罐水平尺寸的相对较小部分，这样，该溶解氧含量从该容积的一侧到另一侧，将预期变动很小，作为流入和流出水流间不平衡的结果发生的该控制容积的氧含量，没有明显变化，所以，这些水流可同样地得到处理。所有水流从紧邻想象边界外部的区域流入该控制容积，所有流出水流从紧邻这个边界内部的区域流出。由于这个边界不是物理存在的，所以，可以假定，在此两侧的液体特性是相同的。如果这种假定应用于该液体中的溶解氧含量，则可以假定，在该边界两侧的溶解氧也是相同的。如果该控制容积的边界确实对应或部分对应于物理边界，例如具有小孔或连通管的罐壁，则这种假定可能是不适用的。

在那些其中对于想象边界的假定适用的情形中，与液体流入该控制容积和液体流出该控制容积相关的纯氧输入，与在稳态容积条件下是相同的数值，所以，在流入和流出流体中溶解氧浓度是相同的。因此，归因于该控制容积与该充气罐其余部分的液体交换的纯氧输入等于零。

在这些情形下，在该质量平衡中还剩下的项是：归因于气体供应系统氧传送的氧输入、与该生物质氧消耗相关的氧输出、和该控制容积溶解氧储量的纯变化(正值或负值)。

无论何时，当布置被设计成使得条件满足应用于所述方法时，则在一段时间期间内正被该生物质消耗的氧数量，就可从该气体供应系统氧传送和控制容积溶解氧储量的纯变化得到测定。

控制容积溶解氧储量的纯变化，可从在该时间期间开始和结束时进行的溶解氧测量(在此期间实施质量平衡)和该控制容积导出。

该气体供应系统氧传送的测定，是采用对于所选控制容积的第二氧质量平衡(气相质量平衡)进行的。这种质量平衡是基于这样的思想，在没有任何其它气相氧输入和输出条件下，无论从该气体减少的氧是多少数量，都是等于溶解到该液体中的氧(传送到该液体中的氧)。

因此，氧传送量可从分析气体流入和气体流出该系统而得到测定。

一种为此任务的方法是，通过测量引入气体的气体流量和氧含量和该废气的气体流量和氧含量，以测量该充气气体中流入该系统的氧和该废气中流出该系统的氧。

另一种为此任务的方法，涉及作为该系统中气体容积没有纯变化(该系统中气体容积随着时间保持恒定)的结果，假定引入体积气体流量和流出体积废气流量都是相同数值。

一种合适的测定存在于引入和流出气体物流中氧数量的方法，可以是将存在于每个气体物流中的氧与存在于每个气体物流中的其它成分(它们在流过该工艺之后仍保持恒定)进行比较。例如，如果所用充气气体含有一部分气体A，它不能被传送到该液体且不能与该罐内容物进行反应(惰性)，那么，该引入气体物流和该流出气体物流都具有相同的气体A含量。气体A在该工艺过程中是守恒的。

为了实现此任务，需要测量引入和流出气体物流的二氧化碳和水蒸气含量。

该气相中的氧减少或传送到该液相的氧传送，可以该气体物流中氧含量减少的百分数表示，通过将该引入和流出物流中氧与惰性气体的摩尔比间的差值和该引入物流中氧与惰性气体的摩尔比进行比较得到。

无论何时，当采用这种方法时，测得的氧传送百分数(氧传送效率)，都可与氧输入速率数据组合，以测定氧传送速率。例如，被传送的氧质量可从观察到的氧传送百分数和被引入到该系统中的氧质量流量而测得。在许多情形中，以速率单位(氧传送速率、氧吸收速率、和纯氧储量改变速率)替代质量单位，来表示质量平衡方程式，是非常便利的。

涉及的代表性变量

OI_to＝在进行液相氧质量平衡过程的时间期间开始时控制容积中的氧储量

OI_tmb＝在进行液相氧质量平衡过程的时间期间结束时控制容积中的氧储量

OTE＝氧传送效率

ORT＝氧传送速率

OUR＝混合液体氧吸收速率

O_2con＝含氧气体中氧浓度

Q＝流入该控制容积的含氧气体体积流量

T_mb＝确定在进行液相质量平衡过程时间期间的时间常数设定

V＝体积，可涉及整个罐或其部分

与该控制系统中这些变量相关的数值，可贮存在该控制系统之中，或者借助于该系统之内的数据或自外部源获得的数据由该控制系统逐步形成。

氧传送特性的测定

在测定OUR中进行计算收集到的信息，如果合适的数据可以利用的话，也可用来估算所研究系统的氧传送特性。为了实现此任务，在工艺条件下气体供应系统的氧传送与在已知条件下相同系统的氧传送之间的一些关系，也可使用。

在充气工业中，气体供应系统和装置的氧传送，通常是以一套参照操作条件来表示，以允许在等价条件下对不同设备进行比较。这是基于这样的事实，即气体供应系统氧传送取决于下述因素，如环境条件(其中的气压和水温)、水性质(组成等)和该充气池中溶解氧浓度，它们将使得来自不同充气装置的数据难以进行比较，除非是在相似(如果不是完全相同的话)条件下进行操作。

当比较在工艺条件下操作的气体供应系统的氧传送与在参照条件(标准条件)下相同系统的氧传送时，优选地要引入许多校正因子，以解决不同操作条件对系统性能的不同影响。

另外，经常要对新的气体供应系统进行在参照条件下的测试，这样，在那些气体供应系统的氧传送可能受气体供应系统条件影响的情形中(相对旧系统而言是新的)，别的校正因子也可引入，以解决气体供应系统条件对氧传送的影响。

环境条件的校正因子如水温和气压，都早已记录在文献之中，并普遍被接受且广泛地用于在先专利中

但是，由于确定废水特性与组成和其对氧传送影响间关系的难度，对于测定废水中气体供应系统的氧传送相比于其在参照条件下如在饮用水中性能来说，还没有确定普遍可接受的校正因子。

如果环境条件校正因子与上述提及校正中涉及的参数数值结合使用，其中一些参数可能要求测量且其中其余参数可以假定，则在工艺条件下测量的气体供应系统的氧传送与在标准条件下的相同气体供应系统的氧传送之间的关系，就可逐步形成，其中，除了(a)废水特性和(b)气体系统条件的影响之外，该关系中所有项都是已知的(测得的或计算得到的)。因此，即使这两个参数的单独数值不能被确定，但是，它们的组合影响是可以被测定的。一旦这个影响业已得到测定(表面α)，则标准条件气体供应系统氧传送与工艺条件气体供应系统氧传送之间的关系(其中所有校正因子都是已知的或已确定的)就可逐步形成，并可用于确定气体系统性能控制数值。

该气体供应系统和该工艺的混合液体的氧传送特性的测定，涉及测量该控制容积的废水温度和该混合液体的溶解氧。虽然C*∞f可从测量数值如气压、废水温度和盐度校正因子β计算得到，其较小变量表示使用固有关系的可能性，表示该控制系统可基于贮存到或临时引入到该控制系统中的C*_∞f固定数值，成功地进行操作。这样，根据本发明这种实施方式建成的控制系统，将包括一个或多个DO(溶解氧)传感器和一个或多个温度传感器，下面将结合附图对它们进行讨论。

涉及的代表性变量

α＝废水特性对气体供应系统传送氧到废水中能力的影响

αF＝表观α数值，废水特性(α)和气体供应系统条件(F)对气体供应系统传送氧到废水能力的组合影响

β＝盐度对溶解氧饱和浓度影响的校正因子

C*_∞20＝在20℃、1atm时溶解氧饱和浓度

C*_∞f＝在野外条件下溶解氧饱和浓度

DO＝混合流体溶解氧

K_La＝表观体积质量传送系数

F＝气体供应系统条件(经常与扩散器结垢/老化)对气体供应系统传送氧能力的影响

OTR＝氧传送速率

P＝气压

SOTR＝在标准条件下(20℃、1atm、0DO、清洁水)氧传送速率

θ’＝表示废水温度对气体供应系统传送氧到废水能力的影响的校正因子，θ’＝θ(T^-20)，其中，T是废水温度

θ＝阿列纽斯系数，表示说明废水温度对氧传送影响的废水温度校正因子

T＝废水温度

与该控制系统内这些变量相联的数值，可贮存在该控制系统之中，或者借助于在该系统中的数据或从外部源获得的数据由该控制系统逐步形成。

确定氧要求量

如前所述，在本发明的此实施方式中，在该控制系统中采用来实时地在该系统的任何地点测定该生物工艺的氧要求量的方法，包括满足该生物处理工艺的氧要求量和在该工艺混合液体中的一个或多个选定位置维持预定的或目标DO浓度。

虽然上文已经对该生物处理工艺的氧需要量测定进行了讨论，但是，该实施方式还可测定维持该工艺在预定DO浓度所需要的氧，作为实际工艺条件相对于该预定条件(DO目标含量)的函数。无论何时，当实际工艺条件符合该预定目标条件时，该控制策略的这两个目的都能满足。该工艺以正被供应的速率吸收氧，并以希望得到溶解氧含量进行运转。

但是，如果该实际工艺条件不同于该目标条件，则可以观察到在该混合流体中处于选定控制地点的实际DO浓度与在此相同控制地点的目标DO浓度之间的差值。这可能是由于在该充气池中DO值高于该目标数值或低于该目标数值。在这两种情形中，DO控制数值应该逐步形成并执行校正作用，以使DO含量恢复到目标DO含量。如果仅提供由于生物质氧消耗变化所需要的较高或较低数量的氧，则观察到的关于该工艺中DO含量相对于该DO目标含量的差值可能仍然保持存在。当该工艺DO低于目标DO时，应该供应另外数量的氧，当工艺DO高于目标DO时，应该供应较生物质消耗所需要数量更少的总氧供应。

提高的或降低的氧供应的需要增量，高于或低于满足当前生物质需要所需要的数量，可通过确定观察的工艺条件与目标工艺条件间的关系而进行测定。这可通过考虑在该目标DO控制位置周围的一个选定控制容积中溶解氧储量而实现。更具体地说，该控制系统测定如果该目标DO实现时有多少溶解氧将会存在于该混合液体之中，和有多少DO实际存在于该相同容积中。这两个数量间的差值(正值或负值)，之后由该控制系统添加或从生物质消耗所需要的氧数量中扣除。

由于氧需要量经常以速率表示，所以，这种DO储量的结果，即被添加或从生物质需要量扣除的氧总质量，经常地将被转化为在一个选定时间期间内恢复DO到该目标数值所需要的氧供应速率。时间参数的引入，可确定该DO含量将要恢复到该目标数值进行的速率。

目标DO表示一个操作人员希望能维持在一个选定的控制位置的选定DO含量，t_c表示时间常数，在该时间期间内希望能够恢复DO到该目标DO含量。ΔDO表示对于选定控制位置的该目标DO与混合液体DO(该废水的溶解氧含量)间的差值。

涉及的代表性变量

DO＝混合液体溶解氧

ΔDO＝在选定位置处目标溶解氧浓度与实际溶解氧浓度间的差值

DO目标＝选定位置的目标DO浓度

t_c＝确定该计时装置以校正实际DO至目标DO的时间常数

V＝体积，可涉及全罐或其部分

与该控制系统中这些变量相关的数值，可贮存在该控制系统之中，或者借助于该系统之内的数据或自外部源获得的数据由该控制系统逐步形成。

测定气体供应系统需要的操作条件

一旦满足确定目的所需要的氧需要量被测定，则工艺条件下气体供应系统氧传送与标准条件下的气体供应系统氧传送之间的关系(如上所述逐步形成)，就可被该控制系统用来测定该工艺所需要的标准条件氧供应。关于该气体供应系统的标准条件性能的有用数据(这些数据可贮存在该控制系统之中，或者借助于该系统之内的数据或自外部源获得的数据由该控制系统逐步形成)，它们接着可用于测定获得希望得到的氧供应所需要的气体供应系统操作条件和性能控制数值。

涉及的代表性变量

下述符号对于一些用于上述说明和测量和工艺变量计算中的表述是关键：

α＝废水特性对气体供应系统传送氧到废水中能力的影响

αF＝表观α数值，废水特性(α)和气体供应系统条件(F)对气体供应系统传送氧到废水能力的组合影响

β＝盐度对溶解氧饱和浓度影响的校正因子

C*_α20＝在20℃、1atm时溶解氧饱和浓度

C*_αf＝在野外条件下溶解氧饱和浓度

DO＝混合液体溶解氧

DO目标＝选定位置的目标DO浓度

F＝气体供应系统条件(经常与扩散器结垢/老化)对气体供应系统传送氧能力的影响

OUR＝混合液体氧吸收速率

Q＝流入到该控制体积中含氧气体体积流量

ROTR＝在工艺条件下总要求的氧传送速率

SOTR＝在标准条件下(20℃、1atm、0DO、清洁水)氧传送速率

θ’＝表示废水温度对气体供应系统传送氧到废水能力的影响的校正因子，θ’＝θ^(T-20)，其中，T是废水温度

θ＝阿列纽斯系数，表示说明废水温度对氧传送影响的废水温度校正因子

T＝废水温度

与该控制系统内这些变量相联的数值，可贮存在该控制系统之中，或者借助于在该系统中的数据或从外部源获得的数据由该控制系统逐步形成。

调节气体供应系统操作条件

所有在前述部分所述的步骤覆盖用来确定获得该所确定控制目的所需要的充气操作条件的不同步骤和方法。

一旦可适用于一个或多个控制容积和/或全部罐的单个SOTR数值被确定，则该控制系统就可通过使用在工艺条件和在标准条件下的气体供应系统性能间的关系，使用这些信息来调节气体供应系统参数和装置。在大多数情形中，气体供应系统操作条件可定义为每个控制区/全罐的单个/总气体流量的函数。

定义

“调节”或“调整”表示：修改来自测量装置的数据或来自器的控制信号，例如包括幅度的变化和/或转化为不同形式。这些术语还表示改变一个或多个生物工艺参数，和改变生物工艺设备和/或该控制系统的某些部分的一个或多个条件。通常地，这类变动是响应于某些需要的指示，它们可以是对于含氧气体的变化需要如该生物工艺中对消耗的气体的需要，和/或为改变DO含量对于气体的需要和/或由气体供应系统性能变化引起的对于气体的需要。这类变动可以连续或间歇方式发生。在某些情形中，变动可以这样的方式发生，当该控制系统检测到需要时，使得满足一种或多种需要所需要的全部数量校正作用能够即时地发生。在其它情形中，变动可在一段时间内以增量方式发生。对于增量变动来说，要对所有情况规定校正作用的绝对最小比例(它们必须施加在第一和随后增量中)，是不可能的。生物处理工厂在其响应校正作用的时间内能够相差大地进行变动。当本发明具体表现为涉及连续但增量变动的方式时，系统等待时间可以相差大地进行变动。但是，当等待时间很短和/或工厂响应时间很长时，变动可以表示希望得到的总校正作用的很小比例的增量方式发生。相反地，当等待时间很长和/或工厂响应时间很短时，则需要较大的增量。基于这些认识和它们对工厂操作的经验，没有不适当的实验，本领域熟练技术人员就能够确定在各个增量中应该施加的总校正作用的多少比例，这样，每次增量就会有充足数量的校正作用，足以防止这些变化需要频繁地或严重地脱离该控制系统。

“需氧生物工艺”表示任意的各种生物工艺，其中一个或多个部分至少部分地是通过引入含氧气体到废水中以产生需氧环境而得到维持的。这些工艺的主要实例存在于涉及各种流动状态的活性污泥工艺的广泛大量的连续和不连续的构造之中。实例包括活塞流、全混合和分级供给充气。水下充气过滤器和其它间歇工艺也可考虑，在其中，对每批操作循环的全部或部分的废水进行充气。

“数量”，它应用于任意给定的有形或无形之物，包括没有限定的物质、数据和信号，它表示该事物的数量或该事物与另一个有形或无形之物的数量关系。这类数量或关系可以任意单位表示，或者没有单位。例如，绝对数量可以例如质量或体积的单位表示。相对数量可以例如单位时间(速率)或另一种事物的单位体积或质量的给定事物的单位表示，或者以不同事物之间的比值表示，例如，它们以相同类型的单位表示，这样，这些单位的性质就可被忽略。

“近似的”表示数值间的相关程度，无论是充分还是不充分，它都足以用于控制本发明所述的废水充气工艺。

“生物工艺”表示任意废水处理工艺，它至少部分地涉及溶解和/或悬浮在废水中废物的细菌作用引起的新陈代谢化，其中，包括需氧、缺氧、和厌氧步骤或工艺中的一种或组合。

“组成”，它应用于气体，表示在两种或多种不同气体的混合物中确认这些气体中的至少一部分，或者表示这类混合物中两种或多种气体的相对数量、或者表示这类混合物中单一气体的数量。

“与……连接”表示具有一个有形或无形的操作连接，无论是直接还是间接，包括有形形式的连接如专用导线、电源线和接线系统、网络内部和网络之间的连接、电话线、纤维光缆、电路板的连接和风动信号线，和无形形式的连接如无线电波、激光和其它光束、和声波，通过它们，控制系统源如数据、控制信号或输出、控制输入和编码，就可在该控制系统的协同操作部件之间流动，例如测量装置、控制器和流量调节装置，无论这些部件相互是邻近或远离地设置。

“在该生物工艺中……氧消耗”表示在从该废水中除去和/或在其它可接受地改变碳质、和/或氮质和/或其它形式废物(例如被新陈代谢化和/或其它机理)中所消耗的氧，例如，被细菌或其它方式所消耗的氧；该术语是用来区分工艺氧需要与到该废水的氧供应的不足和过量，它们自身表明该废水中该DO含量的下降和提高。

“连续的”(例如用于进行连续控制或进行连续测量中)，表示以连续方式或以间歇但重复的方式(包括周期性的或不规则的重复方式)进行操作。

“控制器”可为这样一种任意装置，它是或包括一个或多个逻辑装置，并且，无论它是单独的或与一个或多个其它装置一起组合，它都能够解析与该生物工艺的一个或多个相关的数值并能确定控制数值。

例如，该控制器至少部分地(包括全部)是一个或多个机械装置和/或一个或多个电气装置和/或电子装置。所以，该控制器的逻辑例如可至少部分地存在于机械装置的一个或多个机械性关系、电气和/或电子装置的电气关系、和/或前述关系的任意组合之中。

控制器优选包括或至少可以使用合适的软件或编码，以解析自测量装置收集得到的有关工艺条件的数据，并确定该控制数值。在一种优选实施方式中，该逻辑至少部分地(它可包括全部)存在于临时存在或贮存在一个或多个同位设置或远程设置的程序化或可程序化装置中编码的一个或多个元件中。

用于本发明的控制器可为具有限定的但充分计算能力的专专门装置，或者可为具有相当计算能力的常用或专门目的的计算机。该控制器优选能够执行基本控制指令(例如布尔逻辑和四功能数字)，例如那些通常可通过(但不限于)基于控制平台的计算机或个人计算机(PC)、基于控制平台的可程序化逻辑控制器(PLC)、或基于控制平台的分布式控制系统(DCS)获得的控制器。比例、比例-积分和比例-积分-微分(PID)控制器也可使用。例如，参见“Process Instruments andControls Handbook”，3d Ed.，McGraw Hill。

该控制器也可包括记忆装置、以及比较器、其它装置和/或编码，它们能够通过执行辅助功能如调谐该控制系统和/或处理数据，调节、精选、校正、调制或帮助控制数值和控制信号。因此，自适应(自身-或自动调谐)控制器或非自适应控制器，可以使用。

实际上，该控制器为发生在该工艺中的生物氧消耗的变动数量规定了控制数值，或者控制数值的分量，它们响应于并与这类氧消耗的变动数量保持相关。不同地，该控制器产生变动控制数值，它们具有、或它们各自包括至少一个分量，以连续方式，它具有与由该生物工艺所消耗的氧变动数量相关的一个至少近似定量关系。

由该控制器产生的控制数值(具有或没有中间调节)，可用来作用于该工艺，或者作用于如阀或其它与其相关的控制元件的项目，以这样一种方式来改变或维持该工艺的操作，使得它一般能限制或最小化一个或多个工艺变量远离希望性能的偏差，例如，远离确定的设定值。多于一种类型的控制数值，(例如分别对应于多于一种工艺需要)，可在该控制器内组合，例如，产生一个包含多个分量的单一控制信号。任选地，分别表示不同工艺需要的控制数值，可能被产生但在该控制器中保持分开的，并用来发送分开的控制信号到不同控制元件。

“与……相关”，它应用于第一和第二数值间的关系，无论它们是否数字上相等或紧密相关，都表示它们之间存在着至少一种近似定量关系，一种充分相关的程度，它们或至少它们中之一，可用作控制该工艺的实际基准。一个或多个该数值的幅度，可受其包含的一个或多个参数的影响，通常很小足以可被忽略，它们不是该关系基于其上的该关系的一部分。在本发明实施方式中，其中，第一数值与第二数值相关，但不是数字上相似，该第一数值可以这样方式与第二数值函数地相关，使得第一数值可用作另一个数值的一个至少近似的标志。这两个数值间的任意有用函数或其它类型关系，都能满足需要。该关系可表现为任意有用形式。例如，一个数值可直接与第二数值成比例。或者，第一数值可通过一个固定或可变差值与第二数值相关。或者，第一数值可通过一个方程式或数值表与第二数值相关。所有类型的数值都可包括，例如，氧传送速率相对气体流量，氧传送效率相对气体流量。在控制数值情形中，“与……相关”优选表示(a)由该系统根据具体工艺控制需要如工艺氧需要、DO含量控制需要、性能控制需要或工艺控制需要的组合所施加的一个施加控制数值和(b)一个参照控制数值(它能以这样一种方式调节该生物工艺的操作，使得它能精确地满足该特定需要)间的关系；在此关系中，该施加控制数值(无论是以一个还是多个增量进行施加)，都近似于该参照控制数值。这种近似的适合性，将以常规用法表示为该控制数值和参照数值间的百分数差值，所述差值是±20％，更优选为±10％，更加优选为±5％，最优选为±3％。尽管这类常规用法，由于该参照数值接近该可使用范围的上限和下限，以有限差分表示这种近似的适合性，可能是更有利的或更精确的，例如，±0.10ppm或±25立方米/小时。

“DO控制数值”或“溶解氧控制数值”表示与使在该工艺中观察到的DO含量(包括正氧或零氧条件)向目标DO含量移动所需要的氧数量相关的测量得到的和计算得到的参数。

“气体收集元件”表示这样一种装置，它包含一个封闭腔，用于接受来自废水的该气体气泡至少一部分，并使之基本与大气隔离，该气体气泡业已被一个气体供应系统释放到废水中，且已经在该废水中向上行进了至少其一部分深度，但没有溶解于该废水之中。一个典型但非限制实例是盖罩，平面图呈矩形且横截面呈三角形，具有敞开底部；除了与其控制功能相关的入口和出口之外，它是气体密封的，而且在其整个下边缘周边配置有浮标，以支持它在废水表面之上。但是，气体收集元件不必设置在该废水表面，这是因为，如果设置在该表面之下或如果设置在该表面之上并配置有在它们整个周边沿向下方向延伸并优选延伸到该表面之下某个位置的独立裙边，它们都能够实现它们的接受和隔离功能。

“气体供应系统”包括任意的具有广泛变动类型、形状和尺寸的气泡形成装置，它/它们适合于传送含氧气体的氧到生物处理工艺环境的废水之中，例如，面积释放精细气泡扩散器、进气管充气器、机械充气器、电刷充气器和粗气泡扩散器，带有必需的辅助设备以支持该气泡形成装置的操作和向其中输送气体，包括气体供应导管、集合管、支架、下导管、室外管道、阀、过滤器、正位移压缩机、涡轮压缩机、或离心鼓风机和相关的压缩机/鼓风机控制和气体流量控制装置。代表性面积释放精细气泡扩散器包括呈管式、盘式、圆顶式和板式，无论是弹性体、陶瓷或纤维材料。粗气泡扩散器的实例包括盖罩、喷嘴、喷管、阀和剪切装置。

“指示的”表示指示数字上等于一个给定数值的质量，或者，如果不是数字上等于，至少通过函数或其它关系，这类等于一个精确数值的指示，可通过观察或计算来自该系统中可获得的数据得到确定，或者，如果不是这类精确数值，偏离该精确数值一个数量，考虑到该指示的预期用途，该数量不足以破坏其实施控制该生物工艺用途。在优选实施方式中，该指示是在所述精确数值的+/-20％之内，或其+/-10％、或+/-5％或+/-3％之内。

“响应于”表示一个作用或条件受另一个作用或条件的直接和间接的刺激；例如，一个控制元件响应于一个控制信号而发生作用，此时这个作用是该控制信号的直接或间接结果，无论该信号是直接还是间接地接受自控制器，具有或没有修改或转化为不同形式。

“混合液体”表示一个包含至少废水和生物质的罐中的内容物。

“含氧气体”包括任意气体，包括具有或没有携带或溶解蒸汽的气体混合物，例如空气、氧气、臭氧、任意其它气体和这些的任意混合物，它适合维持废水处理的需氧生物工艺或工艺步骤，如悬浮生长充气工艺和优选的一种包括一个或多个活性污泥处理步骤的工艺。

“氧吸收速率”(OUR)表示该废水中氧消耗的时间速率，且包括如生物质氧消耗、其它形式氧消耗、化学反应、和其它因素的分量。

“性能参数”表示测量的、计算的、或预定的数值，它们都与该系统中任意装置或工艺的性能或效率变化相关。

“提供”或“提供有”表示以任何方式使之可用于任意有用期间的该控制系统之中。例如，当应用于编码或数据中，该定义包括，无论是否该贮存位置是位于该系统之内，和无论是否贮存是短期的或长期的，具有或没有随着时间而更新，通过在该系统中产生同样事物(same)，和/或通过手动输入同样事物到该系统之中，和/或通过贮存同样事物在该系统之中，可从该系统之内或之外、从处于或远离某位置(在该处进行生物工艺)的源获得相同事物。

“重复的”表示以任意长度的时间间隔进行重复，该时间间隔可用于实施本发明上下文中充气操作的控制，例如，以多达约8小时的间隔，更优选多达约1小时，更加优选多达约5分钟的间隔。这些时间间隔可以短至一秒的一个非常小的分数，例如约0.01秒或更大，优选约10秒或更大，更优选约30秒或更大。

“要求控制数值”表示与满足该生物工艺中氧的应用所需要的氧相关的测量和计算的参数。这些数值可包括但不限于有关稳态和非稳态条件下氧吸收速率(OUR)的所有因素。

“悬浮生长充气工艺”表示这样一种需氧生物工艺，其中，含氧气体通常参加混合该废水，更优选地，参加维持悬浮液中的细菌。

“罐”表示一个或多个合适的天然的和/或人造的蓄水池，它们可广泛变动类型、形状和尺寸。这样，该罐可为陶制的或塑料的内衬，但优选为不锈钢或混凝土，并且从平面图和垂直截面看呈任意合适的形状。例如，从平面图看，该罐可具有圆形、环形、椭圆形、正方或细长矩形。该术语罐也可用于罐的一部分，它业已被挡板和/或其它形式长度分离隔板隔离为一个或多个该罐的其它部分，使得该隔离的区基本上独立于其它区响应控制输入。优选的是这样的罐，在其中，它们沿废水流动方向的尺寸，无论是否直线(L)，大于它们垂直于此方向的尺寸(W)，其L/W例如可大于3、5、10或15，这类罐可为环形或细长矩形。优选地，至少该罐的需氧部分将配置有任意合适的气体供应系统。

“数值”是表示(a)数量，以任意合适的单位或单位组合表示，如质量、体积、压力、时间、电动势、电阻或其它单位，或以无单位的数字表示，或表示(b)条件，例如，“位于”、“远离”、“之上”、“之下”、“等于”等等。测量结果通常以数值表示。

“废水”表示在生物工艺任意阶段进行处理的废水，其中包括未经处理的废水、初步处理后废水、混合液体和废水和生物质的其它混合物。

Claims (105)

1.一种用于在耗氧生物废水处理工艺过程中进行连续控制的方法，其中对氧的需求重复地增加和减少，并且该工艺是在至少一个废水处理工厂处理罐中与下列系统共同作用而进行的，

气体供应系统，将含氧气体气泡供应到并将氧溶解在该至少一个工厂处理罐的废水中以及

控制系统，包括：

至少一个气体流调节装置，以通过气体供应系统将增加的和减少的含氧气体供应到在至少一个工厂处理罐的废水中；

至少一个气体收集元件和气体检测器，以提供与在废水的废气中一种或者多种气体的改变量相关的废气数据；以及

控制器，以处理该废气数据并使该气体流调节装置增加和减少进入所述罐或者多个罐的废水中的含氧气体的流量；

其中，该方法包括：

在该控制系统中提供与废水中变化的DO水平相关的DO(溶解氧)数据和/或与该气体供应系统在废水中溶解氧的变动能力相关的性能数据；

在该控制系统中产生控制值，该控制值至少部分地得自(a)该废气数据和(b)该DO数据和/或性能数据，以及

使用这些控制值产生控制信号，以使该至少一个气体流调节装置产生通过该气体供应系统并进入到该至少一个处理罐中的变动流量，其与由该生物工艺消耗的变化的耗氧量有关，并该变化的耗氧量被调节到：

使废水的DO水平朝向一目标值移动、返回一目标值或者保持在一目标值，和/或

补偿该气体供应系统在废水中溶解氧的变动能力。

2、如权利要求1所述的方法，包括：在该控制系统中产生控制值，该控制值至少部分地得自废气数据、DO数据和性能数据，并且使用这些值产生控制信号以使该至少一个气体流量调节装置提供进入该至少一个处理罐中反映工艺氧需求的含氧气体流，所述工艺氧需求被调节到(a)使DO废水DO水平朝向一目标值移动、返回一目标值或者保持在一目标值，以及(b)补偿该气体供应系统在废水中溶解氧的变动能力。

3.如权利要求1或2所述方法，其中，所述生物工艺包含悬浮生长充气，它包括存在于该废水中的悬浮的和/或溶解的废弃物质的生物新陈代谢化，被至少部分地通过引入该含氧气体到该废水中而被维持。

4.如权利要求1或2所述方法，其中，所述生物工艺是一种连续流工艺。

5.如权利要求1或2所述方法，其中，所述生物工艺是一种活性污泥工艺。

6.如权利要求1或2所述方法，其中，所述控制系统被程序化以在该罐至少一部分中维持正DO含量。

7.如权利要求1或2所述方法，其中，所述气体收集元件设置在该废水表面处。

8.如权利要求1或2所述方法，包含一个具有废水入口和出口的罐，且该控制系统在该罐的第一和第二位置具有DO测量装置。

9.如权利要求8所述方法，其中与距第二位置的距离相比，该第一位置更接近于该入口。

10.如权利要求8所述方法，其中与距第一位置的距离相比，该第二位置更接近于该出口。

11.如权利要求8所述方法，其中，与距第二位置的距离相比，所述第一位置更接近于该气体收集元件。

12.如权利要求8所述方法，其中，所述第一位置邻近于该入口，而该第二位置邻近于该出口。

13.如权利要求8所述方法，其中，与距第二位置的距离相比，该气体收集元件和第一位置每个都更接近于该入口。

14.如权利要求8所述方法，其中，与距该第一位置的距离，该气体收集元件和该第二位置每个都更接近于该出口。

15.如权利要求8所述方法，其中，该气体收集元件设置在该第一和第二位置之间。

16.如权利要求1或2所述方法，包含一个具有上游半部和下游半部的细长罐。

17.如权利要求1或2所述方法，包含一个被挡板和/或其它形式长度隔板分成至少两个区域的细长罐，且所述区域的至少一个具有上游和下游半部。

18.如权利要求16所述方法，其中，一个气体收集元件设置在一个罐或罐区域的上游半部，以接受来自废水的废气。

19.如权利要求16所述方法，其中，该控制系统包括至少两个DO探针，它们分别设置在一个罐或罐区域的上游半部和下游半部，用来采集有关DO含量的数据。

20.如权利要求1或2所述方法，包含一个具有上游端的罐或罐区域，且设置在该罐或罐区域的上游半部的该气体收集元件和一个DO探针的至少部分，分别约为该罐或罐区域长度的20％内，自其上游端测得。

21.如权利要求20所述方法，所述设置在该罐的上游半部的该气体收集元件和一个DO探针的至少部分分别约为该罐长度的第一个15％内。

22.如权利要求20所述方法，该气体收集元件和DO探针分别定位在约为该罐长度的第一个10％内。

23.如权利要求1或2所述方法，其中，由该控制系统进行的该废气测量，与表示至少一部分在废气中含氧气体组成的至少一种气体的数量相关。

24.如权利要求1或2所述方法，其中，该含氧气体是或包含空气，且由该控制系统进行的该废气测量，与该废气中氧的数量或二氧化碳数量或氧和二氧化碳数量相关。

25.如权利要求1或2所述方法，其中，该控制器包含或可以利用的编码，和任选的数据表，借助于数据表它能限定所述控制数值。

26.如权利要求1或2所述方法，其中，该系统作为前馈控制器进行运转，并且至少部分地基于要求控制数值和性能控制数值产生控制输出。

27.如权利要求1所述方法，其中，所述控制数值包括要求控制数值和DO控制数值。

28.如权利要求1或2所述方法，其中，所述控制数值包含要求控制数值和性能控制数值。

29.如权利要求2所述方法，其中，该控制数值包含下面数值的组合：(a)与被该生物工艺消耗的氧相关的要求控制数值，它是由该控制系统确定的；(b)与含氧气体的变化数量相关的DO控制数值，以使该废水DO含量，或者朝向一目标值移动，或者恢复到一目标值移动，或者维持在一目标值以及(c)该气体供应系统传送氧到该废水的能力变化的性能控制数值。

30.如权利要求1或2所述方法，其中，DO数据和变化数据的DO速率被提供在控制系统并且在建立所述控制数值过程中被使用。

31.如权利要求1或2所述方法，其中，所述控制数值包含与性能控制数值组合的要求控制数值。

32.如权利要求1或2所述方法，其中，该控制系统的至少一个气体流动调节装置包含至少一个气体数量调节阀，该气体数量调节装置响应于来自该控制系统的控制输入，改变或维持被引入到该废水中气体的数量。

33.如权利要求1或2所述方法，其中，该控制系统的至少一个气体流动调节装置包含一可变流量鼓风机或者压缩机和一装置，以响应于来自该控制系统的控制输入改变或维持被引入到该废水中气体的数量而变化从鼓风机或者压缩到该罐中的流量。

34.如权利要求1或2所述方法，其中，该控制系统包含至少一个液体流量调节装置，该液体流量调节装置响应于来自该控制系统的控制输入，改变或维持被引入到该罐中废水数量。

35.如权利要求1或2所述方法，包含至少第一和第二罐，该第二罐与该第一罐同时被控制。

36.如权利要求1或2所述的方法，其中，在该工艺中氧需求的所述重复的增加和减少表现为该废水中该DO(溶解的氧)含量的提高或下降。

37.如权利要求1或2所述的方法，包含在该控制系统中提供OP(运转性能)数据。

38.如权利要求1或2所述的方法，包含在该控制系统中提供PS(性能标准)数据。

39.如权利要求1或2所述的方法，包含在该控制系统中提供RSP(相关系统性能)数据，该RSP数据至少部分地是由PS数据导出得到的。

40.如权利要求1或2所述的方法，包含：

A).使该控制系统在该废水的一个或多个位置进行连续测量，这些测量与该废水中的正和/或负不同于目标DO数值的DO含量相关；

B).在该控制系统中产生DO控制数值幅度，当与要求控制数值一起应用时，足以至少部分地补偿该废水DO含量远离该目标DO数值的偏差。

41.如权利要求1或2所述的方法，其中，该控制系统产生与使该废水中DO数值向该目标DO数值移动所需要的氧数量相关的DO控制数值。

42.如权利要求1或2所述的方法，其中：

A).在至少一个罐中，该废水沿着一个具有上游和下游部分的流动通道进行流动，

B).一个气体收集元件设置在该上游部分，以接受表示气泡中没有被完全溶解在该废水中气体的废气，

C).从分别设置在该流动通道的上游和下游部分的至少两个DO探针收集有关DO含量的数据，

D).基于连续方式，该控制系统对整个罐确定控制数值，控制数值至少部分地与(1)该生物工艺的变化的耗氧，它借助于所述气体收集元件测得，和(2)自设置在该流动通道的上游和下游部分的该DO探针收集到的所述DO含量数值的组合相关。

43.如权利要求1或2所述的方法，其中：

A).基于连续方式，该控制系统确定控制数值，控制数值至少部分地与(1)该生物工艺的变化的耗氧(它借助于所述气体收集元件测得)和(2)由设置在该废水流动通道上游的一个DO探针测得的远离第一目标数值的该DO含量的偏差的组合相关，和

B).基于连续方式，借助于与由设置在该流动通道下游部分的一个DO探针测得的该DO含量远离第二目标数值的偏差相关的数据，该控制系统调节所述第一目标数值。

44.如权利要求1或2所述的方法，其中，该废水以活塞流进行流动。

45.如权利要求1或2所述的方法，其中，该废水沿着一个流动通道流动，该流动通道在废水流动方向上具有的尺寸大于垂直于该方向上其平均尺寸。

46.如权利要求1或2所述的方法，其中：

A).自设置在该罐中至少一个DO探针收集有关DO含量变化速率的数据，和

B).基于连续方式，该控制系统确定控制数值，该控制数值应用于作为一个整体的罐，所述控制数值至少部分地与(1)该生物工艺的变化的耗氧，它借助于在经过该罐的废水流动通道上游部分的该气体收集元件测得，(2)自分别设置在该流动通道上游和下游部分的至少两个DO探针收集的DO含量数据和(3)DO变化速率数据的组合相关。

47.如权利要求1或2所述的方法，包含：

A).使该控制系统在该废水的一个或多个位置进行连续测量，该连续测量与该废水中的正和/或负不同于一个或多个目标DO数值的DO含量相关；

B).使该控制系统在该废水的一个或多个位置进行连续测量，该连续测量与该废水中DO含量变化速率相关；和

C).基于连续方式，在该控制系统中产生控制数值，该控制数值至少部分地与该生物工艺中氧的消耗、所述DO含量和所述变化速率的组合相关。

48.如权利要求1或2所述的方法，包含：

A).基于连续方式，使该控制系统确定性能数值，该性能数值与该气体供应系统在该废水中溶解所述含氧气体的能力相关，和

B).基于连续方式，使该控制系统组合所述性能数值与要求控制数值，该要求控制数值至少部分地与该生物工艺中变化的耗氧相关。

49.如权利要求1或2所述的方法，包含：基于连续方式，在该控制系统中产生RSP控制数值，该RSP控制数值与(A)OP数据和(B)PS数据间的关系相关，

A).OP数据由该控制系统产生，与在波动工艺条件下该气体供应系统传送氧到该废水中的变动能力相关，该波动工艺条件包括气体供应系统条件、废水条件、工艺条件、和大气条件中的一个或多个，和

B).PS数据提供在该控制系统中，该PS数据与对于所述条件在预定标准下该气体供应系统传送氧到水和/或废水中的能力相关。

50.如权利要求1或2所述的方法，其中，该控制数值至少部分地由OP数据确定，OP数据提供在该控制系统中，它是基于一个或多个下述条件：气体供应系统条件、废水条件、工艺条件、和大气条件，且在其中，所述包括任意前述特征的条件，是由该控制系统确定的。

51.如权利要求1或2所述的方法，其中，该控制数值至少部分地由PS数据确定，PS数据包括OTR:Q(氧传送速率:流量)数据，它们与该气体供应系统在清洁水中通过该气体供应系统以变动的气体流动速率能够获得的氧传送速率相关。

52.如权利要求1或2所述的方法，其中，该控制数值至少部分地由表观α数值确定，它们与(a)由该系统测定的该气体供应系统能传送氧到该废水中的速率和(b)该气体供应系统能传送氧到清洁水的速率间比率相关。

53.如权利要求1或2所述的方法，包含：

A).在该控制系统中提供OTR:Q(氧传送速率:流量)控制数值，该控制数值与该气体供应系统在清洁水中通过该气体供应系统以变动的气体流动速率能够获得的氧传送速率相关；

B).在该控制系统中提供表观α数值，该α数值与(a)由该系统测定的该气体供应系统能传送氧到该废水中的速率，和(b)该气体供应系统能传送氧到清洁水的速率间的比率相关；和

C).通过组合OTR:Q和表观α数值得到RSP数值。

54.如权利要求1或2所述的方法，其中，表观α数值至少部分地由该控制系统测定并反映出在该气体供应系统和该废水条件下的变化，该气体供应系统和该废水条件能影响该气体供应系统能传送到该废水中的氧数量。

55.如权利要求1或2所述的方法，其中，控制数值是由系统至少部分地基于工艺控制要求所施加，该工艺控制要求包括工艺氧控制要求和选自DO含量控制要求和性能控制要求的至少一种形式的工艺控制要求并且，该施加的控制数值，基于在产生该施加的控制数值时该系统中可利用，是在参照控制数值的±20％之内，该参照控制数值能分别产生进入该生物工艺的气体和/或废水的流动速率，这些流动速率能精确地满足具体的要求。

56.如权利要求55所述的方法，其中该施加控制数值是在该参照控制数值的±10％内。

57.如权利要求55所述的方法，其中该施加控制数值是在该参照控制数值的±5％内。

58.如权利要求55所述的方法，其中该施加控制数值是在该参照控制数值的±3％内。

59.如权利要求1或2所述的方法，其中，控制是至少部分地通过使用在一个或多个预定时间间隔内该罐中的DO含量变化速率的数据实现的。

60.如权利要求1或2所述的方法，其中，该控制系统得到控制输入，它们至少部分地是基于(1)(a)该实际废水温度与(b)选用基准温度间的差值，和/或基于(2)(a)作用于该废水表面上的实际气压与(b)选用基准气压间的差值。

61.如权利要求1或2所述的方法，其中，该控制系统至少部分地响应于与OUR(氧吸收速率)、或OTR(氧传送速率)或OTE(氧传送效率)、或其任意组合相关的测量而实施控制。

62.如权利要求1或2所述的方法，其中，该控制系统通过至少部分地相对于流量调节装置控制响应特性调节该控制数值而导出控制输入。

63.一种用于在耗氧生物废水处理工艺过程中进行连续控制的装置，其中对氧的需求重复地增加和减少，并且该工艺是在至少一个废水处理工厂处理罐中与下列系统共同作用而进行的，

气体供应系统，将含氧气体气泡供应到并将氧溶解在该至少一个工厂处理罐的废水中；以及

控制系统，包括：

至少一个气体流调节装置，以通过气体供应系统将增加的和减少的含氧气体流供应到在至少一个工厂处理罐的废水中；以及

至少一个气体收集元件和气体检测器，以提供与在来自废水的废气中一种或者多种气体的改变量相关的废气数据；

控制器，以处理该废气数据并使该气体流调节装置增加和减少进入所述罐或者多个罐的废水中的含氧气体的流量；

其特征在于，

该装置包括至少一个DO(溶解氧)检测器，在该控制系统中提供反应废水中DO水平的DO数据；和

该控制器包括或可利用编码，借助于废气数据和DO数据，该控制器限定变动控制值，该变动控制值包括单独的或者组合的：

需求控制值，与含氧气体流的重复波动要求相关以支持该生物工艺；以及

DO控制值，与含氧气体流的变动正向或者负向调节相关，该变动调节足以使废水DO水平朝向一目标值移动、返回一目标值或者保持在一目标值，以及

该至少一个气体流调节装置与该控制器相连以接收并响应于控制系统中的控制信号至少部分地基于所述控制值而起作用，从而通过该气体供应系统向在该至少一个工厂处理罐中的废水提供增加的和减少的含氧气体流。

64、如权利要求63所述的装置，其中该控制器包括或者可利用编码，借助于该性能数据，该控制器限定性能值，该性能值与附加的含氧气体流量调节有关，该含氧气体流量调节是补偿该气体供应系统在废水中溶解氧的变动能力所需的。

65.如权利要求63或64所述装置，其中，所述生物工艺包含悬浮生长充气，它包括存在于该废水中的悬浮的和/或溶解的废弃物质的生物新陈代谢化，并且至少部分地通过引入该含氧气体到该废水中而被维持。

66.如权利要求63或64所述装置，其中，所述生物工艺是一种连续流工艺。

67.如权利要求63或64所述装置，其中，所述生物工艺是一种活性污泥工艺。

68.如权利要求63或64所述装置，其中，所述控制系统被程序化以在该罐至少一部分中维持正DO含量。

69.如权利要求63或64所述装置，其中，所述气体收集元件设置在该废水表面处。

70.如权利要求63或64所述装置，包含一个具有废水入口和出口的罐，且该控制系统在该罐的第一和第二位置具有DO测量装置。

71.如权利要求70所述装置，其中与距第二位置的距离相比，该第一位置更接近于该入口。

72.如权利要求70所述装置，其中与距第一位置的距离相比，该第二位置更接近于该出口。

73.如权利要求70所述装置，其中，与距第二位置的距离相比，所述第一位置更接近于该气体收集元件。

74.如权利要求70所述装置，其中，所述第一位置邻近于该入口，而该第二位置邻近于该出口。

75.如权利要求70所述装置，其中，与距第二位置的距离相比，该气体收集元件和第一位置每个都更接近于该入口。

76.如权利要求70所述装置，其中，与距该第一位置的距离相比，该气体收集元件和该第二位置每个都更接近于该出口。

77.如权利要求70所述装置，其中，该气体收集元件设置在该第一和第二位置之间。

78.如权利要求63或64所述装置，包含一个具有上游半部和下游半部的细长罐。

79.如权利要求63或64所述装置，包含一个被挡板和/或其它形式长度隔板分成至少两个区域的细长罐，且所述区域的至少一个具有上游和下游半部。

80.如权利要求78所述装置，其中，一个气体收集元件设置在一个罐或罐区域的上游半部，以从该废水接受表示气体的废气。

81.如权利要求78所述装置，其中，该控制系统包括至少两个DO探针，它们分别设置在一个罐或罐区域的上游半部和下游半部，用来采集有关DO含量的数据。

82.如权利要求63或64所述装置，包含一个具有上游端的罐或罐区域，且设置在该罐或罐区域的上游半部的该气体收集元件和一个DO探针的至少部分，分别约为该罐或罐区域长度的20％内，自其上游端测得。

83.如权利要求82所述装置，所述气体收集元件和一个DO探针分别定位在所述长度的约第一个15％内。

84.如权利要求82所述装置，所述气体收集元件和一个DO探针分别定位在所述长度的约第一个10％内。

85.如权利要求63或64所述装置，其中，由该控制系统进行的该废气测量，与表示至少一部分在废气中含氧气体组成的至少一种气体的数量相关。

86.如权利要求63或64所述装置，其中，该含氧气体是或包含空气，且由该控制系统进行的该废气测量，与该废气中氧的数量或二氧化碳数量或氧和二氧化碳数量相关。

87.如权利要求63或64所述装置，其中，该控制器包含或可以利用的编码，和任选的数据表，借助于数据表它能限定所述控制数值。

88.如权利要求63或64所述装置，其中，该系统为前馈控制器，并且至少部分地基于要求控制数值和性能控制数值产生控制输出。

89.如权利要求63所述装置，其中，所述控制数值是要求控制数值和DO控制数值。

90.如权利要求63或64所述装置，其中，所述控制数值包含要求控制数值和性能控制数值。

91.如权利要求64所述装置，其中，该控制数值包含下列数值的组合，(a)与被该生物工艺消耗的氧相关的要求控制数值，它是由该控制系统确定的；(b)DO控制数值，其与含氧气体的变化数量相关的以使该废水DO含量，或者朝向一目标值移动，或者恢复到一目标值移动，或者维持在一目标值；以及(c)与该气体供应系统传送氧到该废水的能力变化的性能控制数值。

92.如权利要求63或64所述装置，其中，DO数据和变化数据的DO速率存在于控制系统用于建立所述控制数值。

93.如权利要求63或64所述装置，其中，所述控制数值包含与性能控制数值组合的要求控制数值。

94.如权利要求63或64所述装置，其中，该控制系统的至少一个气体流动调节装置包含至少一个气体数量调节阀，该气体数量调节阀响应于来自该控制系统的控制输入，改变或维持被引入到该废水中气体的数量。

95.如权利要求63或64所述装置，其中，该控制系统的至少一个气体流动调节装置包含一可变流量鼓风机或者压缩机和一装置，以响应于来自该控制系统的控制输入改变或维持被引入到该废水中气体的数量而变化从鼓风机或者压缩到该罐中的流量。

96.如权利要求63或64所述装置，其中，该控制系统包含至少一个液体流量调节装置，该液体流量调节装置响应于来自该控制系统的控制输入，改变或维持被引入到该罐中废水数量。

97.如权利要求63或64所述装置，包含至少第一和第二罐，该第二罐与该第一罐同时被控制。

98.如权利要求63或64的装置，其中该控制系统包括用于测量废水温度的装置和/或用于测量作用在废水表面上的大气压力的装置，该控制系统具有用于至少部分地基于下述差值获得控制输出并将该控制输出施加到该含氧气体流的装置，(1)(a)实际废水温度与(b)一个选择的参考温度之间的差值，和/或(2)在(a)作用在废水表面上的实际大气压力和(b)一个选择的参考大气压力之间的差值。

99.如权利要求98所述的装置，其中，该控制系统包含用于测量该废水温度和大气压力的装置，并且所述装置至少部分地基于所述温度和大气差值获得控制输出，并将该控制输出施加到所述气体流上。

100.如权利要求63或64所述的装置，包含编码，基于连续方式，该编码能限定RSP(相关系统性能)控制数值，该RSP控制数值与(A)OP(运转性能)数据和(B)PS(性能标准)数据间的关系相关，

A).OP(运转性能)数据与在波动工艺条件下该气体供应系统传送氧到该废水中的变动能力相关，所述工艺条件包括气体供应系统条件、废水条件、工艺条件、和大气条件中的一个或多个，和

B).PS(性能标准)数据与该气体供应系统传送氧到水和/或废水中的能力相关。

101.如权利要求63或64所述的装置，包含能限定OP数据的编码。

102.如权利要求63或64所述的装置，它包括或可以利用PS数据。

103.如权利要求63或64所述的装置，包含能限定RSP数据的编码，具有至少部分PS数据贮存在该控制系统中。

104.如权利要求63或64所述的装置，其中，PS数据贮存在该系统中，并含有OTR:Q(氧传送速率:流量)数据，它们与该气体供应系统在清洁水中通过该气体供应系统以变动的气体流动速率能够获得的氧传送速率相关。

105.如权利要求63或64所述的装置，还包含至少一个气体数量调节装置，它们能响应于该控制系统的控制输入，包括至少部分地基于要求控制数值和DO控制数值的输入，改变或维持被引入到该废水中的气体数量，其中，该要求控制数值和该DO控制数值至少部分地是基于与RSP数值的关系。

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